DE3038356A1

DE3038356A1 - Elastisches zylindrisches lager

Info

Publication number: DE3038356A1
Application number: DE19803038356
Authority: DE
Inventors: Robert R. Hudson Mass. Peterson; Daniel S. Malden Mass. Ventura
Original assignee: Barry Wright Corp
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1981-04-23
Also published as: NL8004191A; CA1138506A; IL60585A0; JPS6216334B2; GB2064064A; JPS5659019A; IT8049261A0; FR2467323B1; FR2467323A1; IL60585A; CH653421A5; GB2064064B; IT1148266B; US4286827A

Description

Patentanwälte D i ρ I -Ing. Cud Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

£ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 10.Oktober 1980

Unser Zeichen: l6 96O - Th

Anmelder: Barry Wright Corporation

Pleasant Street
Watertown, Mass./USA

Bezeichnung; Elastisches zylindrisches Lager

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Die Erfindung bezieht sich, auf geschichtete Lager allgemein und insbesondere auf zylindrische elastomere Lager jener Bauart, die relativ große Kompressivbelastungen in Radialrichtung aufnehmen können.

Es ist allgemein bekannt, daß die Kompressivlastabstützfähigkeit eines Körpers aus elastischem Material mehrfach erhöht werden kann, indem man das elastische Material in mehrere Lagen aufteilt, die senkrecht zur zu erwartenden Kompressivbelastung geschichtet sind, und indem diese Lagen durch Zwischenlagen nicht-dehnbaren Materials getrennt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Fähigkeit des elastischen Materials, sich in einer Richtung parallel zur Lage auszulenken, dabei im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.

Diese Grundsätze sind bei vielen Lagerausbildüngen verwirklicht. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die nachstehend genannten US-PSen verwiesen: 4 105 266; 4 040 690; 3 807 896; 3 792 71I; 3 94-1 4-33; 3 679 197; 3 429 622; 3 377 110; 2 995 907; 3 179 400; 2 900 182 und 2 752 766.

Eine sehr wichtige elastomere Lagergestalt ist die eines zylindrischen Lagers. Dieses Lager benutzt eine Ausbildung, bei der abwechselnde Lagen aus elastischem Material und nicht-dehnbarem Material als Drehoberfläche um eine gemeinsame zentrale Achse ausgebildet werden, wobei aufeinanderfolgende Lagen einen sich vergrößernden Radius von der Drehachse aufweisen. Derartige Lager haben sich

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sehr nützlich bei Anwendungen erwiesen, die eine Abstützung relativ großer Kompressivbelastungen in einer Richtung senkrecht zur Achse aufnehmen können, wobei dennoch auch gewisse Schub- und Torsionsbelastungen abgestützt werden können, die in Achsrichtung bzw. um die Achse herum verlaufen.

Versuche, die in Verbindung mit solchen zylindrischen Lagern durchgeführt worden sind, haben gezeigt, daß dann, wenn jede elastische Lage des Schichtenkörper-Lagers mit gleicher Länge, Dicke und gleichem Elastizitätsmodul hergestellt wird, nach einer gewissen Zeit zyklische Torsionsbewegungen zu einer Ermüdung der innersten elastischen Lage führen, bevor ähnliche Ermüdungserscheinungen in den anderen elastischen Lagen auftreten. Diese erhöhte Ermüdungserscheinung wird durch die größeren Beanspruchungen verursacht, die in der inneren elastischen Lage bei der Torsionsbeanspruchung auftreten. Infolgedessen wird die Lebensdauer eines solchen zylindrischen Lagers im typischen Fall durch die Beanspruchungen bestimmt, denen die innerste elastische Lage im Betrieb ausgesetzt ist.

Dies läßt sich am besten verstehen, wenn man berücksichtigt, daß, wie beispielsweise in der US-PS 3 679 197 "beschrieben, die Beanspruchung, die von einer bestimmten elastischen Lage in einem elastomeren Lager bei gegebener Torsionsbelastung getragen wird, einer inversen Funktion des Produkts aus der wirksamen Oberfläche (A) der Lage, die die Kompressionsbelastungen einer bestimmten Oberfläche trägt, und dem Durchschnittsradius (R) von der gemeinsamen Mittelachse nach dem Oberflächenbereich und dem

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Scherelastizitätsmodul (G-) des elastischen Materials entspricht. Formelmäßig ausgedrückt bedeutet dies:

K = RAG (1)

Dabei ist K eine Konstante, die für die innere Schicht gilt und zur Berechnung der Scherelastizitätsmoduln der übrigen Lagen dient. Daraus ergibt sich, daß bei zylindrischen elastomeren Lagern, deren elastische Lagen aus dem gleichen Material bestehen ( d. h. jede elastische Lage besitzt den gleichen Scherelastizitätsmodul), die durch zyklische Torsionsbewegung induzierte Beanspruchung am größten in der innersten elastischen Lage ist, weil hier der Radius am kleinsten ist und der kleinste Oberflächenbereich A vorhanden ist. Infolgedessen ist die innerste elastische Lage immer die, die am ersten ermüdet, wenn das Lager über längere Zeit einer Torsionsbeanspruchung ausgesetzt wird, wenn das geschichtete Lager elastische Lagen gleicher Länge, Dicke und gleichen Elastizitätsmoduls aufweist.

Eine Verbesserung bei der Lösung dieses Problems zeigt die US-PS 3 679 197· Um Beanspruchungen über die innere elastische Lage zu erhalten, die gleich oder annähernd gleich der Beanspruchung der äußersten Lage sind, schlägt das letztgenannte Patent vor, das elastomere Material in jeder Lage so zu ändern, daß jede Lage ein unterschiedliches Elastizitätsmodul aufweist, damit die Beanspruchung in jeder elastischen Lage bei einer gegebenen Torsionsbelastung gleich ist. Bei einem zylindrischen Querschnitt und einer Länge L ist das Verhältnis der Beanspruchung über einer Lage i für eine gegebene Torsionsbelastung zur

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Beanspruchung über einer Lage j bei der gleichen Torsionsbelastung bei den vorliegenden Überlegungen gleich Eins gesetzt, so daß die Beanspruchungen in jeder L_age einander gleich sind. Wenn dies in Ausdrucken der Gleichung (1) ausgedrückt wird, dann ergibt sich:

oder

Beanspruchung i _ RiAiGi _ ^ Beanspruchung j ~ K

Beanspruchung i _

Beanspruchung o RiAiGi oder Beanspruchung i ₌ Rj (27TRjL)G₁-J Beanspruchung j Ri(2nr RiL)Go

oder

2 Beanspruchung i _ Rj Gj _ *

Beanspruchung "J ~ „72^7 oder

Gi

(3)

So wird die Beanspruchung in jeder Lage i und j gleich, wenn das Scherelastizitätsmodul der Lagen sich umgekehrt quadratisch zum mittleren Radius der jeweiligen Fläche ändert. Die letztgenannte US-PS lehrt außerdem, daß es vorteilhaft ist, progressiv die Dicke der elastischen Lagen mit sich vergrößerndem Radius zu erhöhen. Durch progressive Vergrößerung der Dicke der Lage mit zunehmendem Radius soll mehr elastisches Material innerhalb jeder elastischen Lage verfügbar gemacht werden, um die torsionsbedingten Spannungen zu verteilen, wobei die

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AQ

Kompressivbelastungen noch in zulässigen Grenzen gehalten werden. Aus der letztgenannten ITS-PS ist zu schließen, daß durch progressive Vergrößerung der Dicke und gleichzeitige progressive Verminderung des Scherelastizitätsmoduls jeder Lage mit vergrößertem Radius eine optimale Lagergestalt erhalten werden kann.

Die Lehren dieser Patentschrift führen jedoch zu zwei Hauptgruppen von Problemen, von denen das eine die Veränderung des Scherelastizitätsmoduls für jede elastische Lage betrifft und das andere mit der sich vergrößernden Dicke jeder Lage mit zunehmendem Radius verknüpft ist. Eine Änderung des Scherelastizitätsmoduls für jede elastische Lage führt unter anderem zu den folgenden Problemen. Einerseits ist die Schaffung von Materialien mit unterschiedlichem Scherelastizitätsmodul kostspielig, da jede Lage aus einem anderen elastomeren Material hergestellt werden muß. Ein elastomeres Lager, welches aus fünfzehn elastischen Lagen besteht, erfordert nämlich dabei fünfzehn unterschiedliche elastomere Materialien. Die Erzeugung dieser unterschiedlichen elastomeren Materialien kann dadurch erlangt werden, daß ein elastomerer Grundstock in fünfzehn unterschiedliche Teile unterteilt wird und indem jeder Teil mit unterschiedlichen Mengen eines Zusatzes versehen wird, jedoch verbleibt dennoch die Tatsache, daß dies ein kostspieliges, zeitraubendes und unbequemes Verfahren ist, unterschiedliche Materiellen für jede elastische Lage herzustellen. Außerdem hat die Benutzung einer relativ großen Zahl unterschiedlicher elastomerer Materialien einen schwerwiegenden Uachteil, wenn das Lager bei relativ niedrigen Temperaturen zwischen -43°C und -17°C benutzt werden soll. Der Grund für

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das nachteilige Verhalten bei niedrigen Temperaturen besteht darin, daß die elastomeren Materialien ein unterschiedliches Verhalten zeigen, wenn die Temperatur abgesenkt wird. Bei einem solchen mit unterschiedlichen elastomeren Materialien arbeitenden Lager können einige der Lagen wirksam arbeiten, wenn das Lager kalt ist, jedoch können sich ungleichmäßige Beanspruchungen in den anderen verschiedenen elastischen Lagen aufbauen. Da die unterschiedlichen elastomeren Materialien außerdem dazu tendieren, über einen Bereich von Beanspruchungen ihren Elastizitätsmodul zu ändern, ergibt; sich drittens der Nachteil, daß ein Ausgleich von Spannungen innerhalb der elastischen Lagen nur für ef.nen relativ schmalen Bereich möglich ist. Wenn die auftretenden Beanspruchungen sich jedoch stark ändern, dann sucht sich der Elastizitätsmodul eines jeden elastomeren Materials beträchtlich zu ändern und die unterschiedlichen Lagen werden nicht mehr gleichen Beanspruchungen ausgesetzt. Wenn das in der letztgenannten US-PS beschriebene Lager einem weiten Bereich von Torsionsbelastungen ausgesetzt wird, dann unterscheidet sich die Beanspruchung in jeder elastischen Lage von der Beanspruchung in anderen elastischen Lagen, so daß die Ermüdungserscheinungen wieder an einer bestimmten Stelle vorzuherrschen beginnen.

Was die zweite Gruppe von Problemen anbelangt, deren Lösung durch die genannte US-PS versucht wurde, so ergibt sich, daß eine Erhöhung der Dicke der elastischen Lage mit sich vergrößerndem Radius zu einer verminderten Anzahl von Schichten innerhalb des Lagers führt, wenn der Gesamtlagerdurchmesser konstant gehalten wird. Dies kann in gewissen Fällen vorteilhaft sein. Nichtsdestoweniger

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wird durch die Verminderung der Zahl von Schichten die zulässige Kompressionsbelastung beträchtlich vermindert, die senkrecht zur Schicht ausgeübt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schichtlager zu schaffen, welches die erwähnten Nachteile bekannter Lager vermeidet.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes zylindrisches Lager zu schaffen, welches relativ große radiale Kompressxvbelastungen abstützen kann, wobei gleichzeitig Schub- und Torsionsbelastungen aufgenommen werden können, die längs der Lagerachse bzw. um diese herum eingeführt werden. Dabei soll jede Lage aus elastischem Material, die zwischen benachbarten Lagen nicht-streckbaren Materials liegt, im wesentlichen gleiche Beanspruchungen in einem weiten Bereich von Torsionsbelastungen aufweisen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein elastomeres Lager zu schaffen, bei welchem wenigstens ein Teil der elastischen Lagen aus wenigstens zwei Substraten zusammengesetzt ist, wobei jedes Substrat einer gegebenen Lage ein elastisches Material mit einem bestimmten Scherelastizitätsmodul ist, damit die Beanspruchungen innerhalb jeder elastischen Lage vergleichmäßigt werden können und gleich groß sind wie in der benachbarten Lage, und zwar innerhalb eines weiten Bereichs unterschiedlicher Torsionsbelastungen.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Lagers, welches weniger unterschiedliche elastische Materialien

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Al·

benötigt, als dies bei dem erwähnten Lager erforderlich war.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einem zylindrischen geschichteten elastomeren Lager, welches relativ große Kompressivbelastungen und daneben Schub- und Torsionsbelastungen längs der Längsachse aufnehmen kann, dadurch, daß das Lager ein starres inneres Glied und ein starres äußeres Glied aufweist, wobei die beiden Glieder durch konzentrische Lagen miteinander verbunden sind, die jeweils aus abwechselnden Lagen elastischen Materials und nicht-elastischen Materials bestehen, wobei die Lebensdauer des Lagers dadurch verbessert wird, daß jede elastische Lage einen Scherelastizitätsmodul erhält, der derart bemessen ist, daß die Lage im wesentlichen die gleiche Beanspruchung aufnimmt wie eine andere Lage, und zwar innerhalb eines breiten Bereichs von Torsionsbelastungen. Die gewünschten Scherelastizitätsmoduln werden für die unterschiedlichen elastischen Lagen über einen weiten Bereich unterschiedlicher Torsionsbelastungen dadurch erlangt, daß wenigstens einige der elastischen Lagen aus zwei oder mehreren Substraten gewählter Dicke bestehen, wobei jedes Substrat innerhalb einer elastischen Lage aus einem elastischen Material mit einem einheitlichen Scherelastizitätsmodul besteht.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einer graphischen Darstellung eine Kurvenschar, die die Änderung veranschaulicht, die im

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Elastizitätsschermodul unterschiedlicher elastomerer Blöcke auftritt, wenn die angelegte Beanspruchung sich ändert,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Bestandteile eines zylindrisch gestalteten Lageraufbaus gemäß der Erfindung in einer Zusammenstellung vor der Formgebung und Verbindung der elastischen Materialien mit den zugeordneten Metallteilen.

Fig. 1 veranschaulicht, wie der Scherelastizitätsmodul unterschiedlicher elastomerer Verbindungen sich gemäß der Beanspruchung ändern kann, der der elastomere Körper ausgesetzt ist. Diese Kurven wurden erhalten, indem Muster der einzelnen Zusammensetzungen einer Scherbeanspruchung bei 23,9°C ausgesetzt wurden, während keine Kompressivlast aufgebracht war. Die verschiedenen Zusammensetzungen wurden von einem einzigen Grundgummiblock hergestellt und es wurden diesem Grundstock für die einzelnen Muster unterschiedliche Mengen von Kohlenstoff zugesetzt.

Aus dem Vergleich der Kurve A mit den Kurven G oder H ergibt sich, daß ein relativ weiches Material mit geringem Modul sich wechselnden Beanspruchungen anpassen kann, wobei sich eine geringere Wirkung auf den Schermodul ergibt als bei relativ steifem Material mit hohem Elastizitätsmodul. So ist beispielsweise bei 50 % Beanspruchung der Unterschied zwischen den Schermoduln der Zusammensetzungen gemäß den Kurven A und G oder H beträchtlich geringer als bei 5 %iger Beanspruchung. Anders ausgedrückt heißt dies: Je höher die Beanspruchung, der der Körper

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ausgesetzt wird, desto mehr sucht ein Elastomer mit einem relativ hohen Schermodul sich zu verhalten wie ein Elastomer mit einem relativ niedrigen Schermodul.

Die vorliegende Erfindung nutzt das Verhalten der in !ig. 1 dargestellten Charakteristiken aus, indem ein elastomeres Lager geschaffen wird, "bei dem wenigstens einige elastische Lagen aus einer Kombination konzentrisch unterschiedlicher Substrate gebildet werden, wobei jedes g-^. strat innerhalb einer gegebenen elastischen Lage aus einem elastischen Material besteht, welches einen eigenen Scherelastizitätsmodul besitzt. Indem man auf diese Veise konzentrisch mehrere unterschiedliche Substrate unterschiedlicher Dicke kombiniert, um eine solche Lage zu bilden, kann auch eine Lage erzeugt werden, die einen relativ konstanten Schermodul für sehr unterschiedliche Beanspruchungen aufweist. Durch geeignete Wahl und Proportionierung der Substrate in den verschiedenen Lagen kann ein Lager geschaffen werden, bei dem jede Lage eine im wesentlichen gleiche Beanspruchung bei unterschiedlichen Torsionsbelastungen aufnimmt.

Insbesondere hat es sich gezeigt, daß ein Lager geschaffen werden kann, wenn nur zwei unterschiedliche Substrate pro Lage benutzt werden, was zu einem ausgezeichneten Belastungsausgleich über die elastische Lage führt. In einem solchen Fall wird ein Substrat aus einem elastischen Material gebildet, welches relativ geringe Änderungen im Schermodul über einen weiten Beanspruchungsbereich zeigt, und das andere Substrat wird von einem elastischen Material gebildet, welches relativ große Änderungen im Schermodul über einen weiten Bereich von Beanspruchungen

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besitzt. Durch geeignete Proportionierung der relativen Dicken einer jeden Substratschicht innerhalb jeder Lage wird es möglich, ein Lager zu schaffen, das nur zwei unterschiedlich elastische Materialien aufweist und dennoch im wesentlichen gleiche Beanspruchungen jeder Lage über einen weiten Bereich von Torsionsbelastungen aufzeigt.

Fig. 2 veranschaulicht ein spezielles Ausführungsbeispiel für ein zylindrisch geschichtetes Lager, welches gemäß der Erfindung hergestellt ist. Das Lager weist einen inneren starren Ring 2 und einen äußeren starren Ring 4-auf, die in einer Ebene zueinander konzentrisch angeordnet sind. Der Ring 2 besitzt eine Innenwand 6 und eine Außenwand 8 und der Ring 4- besitzt eine Innenwand 10 und eine Außenwand 12. Die Innenwand 10 des Ringes 4 liegt parallel im Abstand zur Außenwand 8 des Ringes 2.

Zwischen den Wänden 8 und 10 befinden sich mehrere Lagen 14-. Die Lagen 14· bestehen abwechselnd aus elastischen Schichten 16 und unelastischen Schichten 18. Jede Schicht 16 besteht aus einem elastomeren Material und umfaßt zwei Substrate 20 und 22. Das Substrat 20 besteht aus einem ersten elastomeren Material mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul und das Substrat 22 besteht aus einem zweiten elastomeren Material mit einem relativ geringeren Elastizitätsmodul. Die Substrate 20 und 22 bestehen vorzugsweise aus synthetischem Gummi, jedoch können sie auch aus geeignetem Plastikelastomermaterial bestehen. Die nicht-streckbare Schicht 18 kann aus Stahl oder einem anderen nicht-streckbaren Material, beispielsweise Aluminium oder Titan, oder sogar aus Mberglasblättern oder faserverstärktem Plastikmaterial bestehen.

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Das Lager wird dadurch zusammengebaut, daß zunächst das erste innerste elastische Substrat 2OA gegen die Außenwand 8 des Innenrings 2 gefügt wird. Dann wird das elastische Substrat 22A auf das Substrat 2OA befügt. Dann wird die nicht-dehnbare Schicht 18A über das Substrat 2OA gelegt. Ein elastisches Substrat 2OB wird auf die nichtdehnbare Schicht 18A aufgelegt und das elastische Substrat 22B wird wiederum über das Substrat 2OB gefügt. Dann wird die nicht-dehnbare Schicht 18B über das elastische Substrat 22B gefügt. Der Aufbau schreitet so fort, bis ein Substrat 22D so eingefügt wird, daß dieses sowohl mit dem elastischen Substrat 2OD als auch mit der starren Innenwand 10 des Außenrings 4 in Berührung steht.

Nachdem dies geschehen ist, werden die so zusammengebauten Teile in eine Form eingelegt und unter Hitze und Druck so behandelt, daß die verschiedenen elastischen Substrate 20 und 22 miteinander und ebenfalls mit benachbarten nicht-dehnbaren Schichten 18 bzw. der Außenwand oder der Innenwand 1C fest verbunden werden. Auf diese Weise werden die beiden elastischen Substrate 20 und 22 miteinander in der Weise verbunden, daß mehrere einzelne elastische Schichten 16 gebildet werden, die eine einheitliche Struktur derart aufweisen, daß sie einen Elastizitätsmodul besitzen, der unterschiedlich ist vom Scherelastizitätsmodul von Substrat 20 und 22, aber von diesem abhängig. Durch selektive Steuerung der Zusammensetzung der Substrate 20 und 22 und der relativen Dicke der Substrate 20 und 22 innerhalb jedes Schichtenkörpers 16 kann der Elastizitätsmodul der Mehrlagenschicht 16 selektiv eingestellt werden. Indem die Schicht 16 aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von Substraten 20 und

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22 hergestellt wird, kann ein gewünschter Elastizitätsmodul für jeden Schichtenkörper 16 erhalten werden. Wenn ein Substrat aus einem Material "besteht, welches eine Charakteristik ähnlich der Kurve A in Fig. 1 aufweist, und ein Substrat aus einem Material ähnlich der Kurve G- oder H gemäß Fig. 1, dann kann eine Reihe von Schichtenkörpern gebildet werden, die eine im wesentlichen konstante Scherbeanspruchungsverteilung über einen weiten Bereich von Betriebsbeanspruchungsgrößen zeigen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ändert sich die relative Dicke der elastischen Substrate 20 und 22 gemäß der Radiallage der Substrate innerhalb des Lagers selbst. Allgemein hat das elastische Substrat 20 mit einem relativ höheren Elastizitätsmodul eine Dicke, die progressiv mit ansteigendem Radius abfällt, so daß das Substrat 2OA eine größere Dicke besitzt als das Substrat 2OB usw. Außerdem hat das elastische Substrat 22 mit einem relativ geringeren Elastizitätsmodul eine Dicke, die progressiv mit sich vergrößerndem Radius ansteigt, so daß das Substrat 2OA eine geringere Dicke hat als das Substrat 22B usw. Daraus ergibt sich, daß das dickste Substrat 20 jenes Substrat ist, welches die äußere Oberfläche 8 des Innenrings 2 berührt, d. h. das Substrat 2OA, und das dickste Substrat 22 ist jenes Substrat, welches die innere Oberfläche 10 des äußeren Rings 4- berührt, d. h. das Substrat 22D. Gleichzeitig zeigt sich, daß das dünnste Substrat dem dicksten Substrat 22 benachbart ist und das dünnste Substrat 22 dem dicksten Substrat 20 anliegt. Dies ist der Fall, weil die inneren Radiallagen der Schichten 16 einen Elastizitätsmodul annehmen müssen, der näher demjenigen des Substrats 20 liegt, d. h. einen höheren

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Elastizitätsmodul, und an den äußeren radialen Stellen der Schicht 16 muß ein Elastizitätsmodul vorhanden sein, der angenähert ist dem Elastizitätsmodul des Substrats 22, d. h. ein niedriger Elastizitätsmodul, wenn die verschiedenen Lagen 16 gleiche Beanspruchungen in jedem Schichtenkörper aufweisen sollen. Die genaue Dicke der Substrate 20 und 22 innerhalb jedes Schichtenkörpers 16 wird durch Computer bestimmt, wobei die Elastizitätsmoduln der Substrate 20 und 22, die Dicke der nicht-dehnbaren Schicht 18 und die Belastungen berücksichtigt werden, denen das Lager ausgesetzt wird, damit eine im wesentlichen gleiche Beanspruchung von den verschiedenen Schichtenkörpern 16 bei dem Bereich der voraussichtlichen Belastungen erlangt wird.

Während der Ausformung des Lagers kann zusätzliches Elastomermaterial in die Form eingefügt werden, um einen genügenden Formdruck zu erhalten und die vorhandenen Spalte zwischen den verschiedenen Abschnitten elastischen Materials auszufüllen und um die elastomeren Schichten auf ihre volle Größe zu bringen. Dieses Füllmaterial hat vorzugsweise einen Elastizitätsmodul, der gleich ist dem Elastizitätsmodul des Substrats 22, jedoch kann auch ein Elastomer mit höherem oder niedrigerem Modul benutzt werden. Jedenfalls nimmt das Füllelastomermaterial ungefähr 15 % oder weniger des Volumens der elastomeren Schichten des Lagers ein.

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Lagers ist insbesondere geeignet für Anwendungsfälle, bei denen das elastische Material, welches für die Substrate 20 und 22 benutzt wird, ein elastomeres Material ist, das

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unter Anwendung von Hitze und Druck geschmolzen und geformt werden kann. Wenn das elastische Material ein Gummi ist, dann wird zur Verbindung eine Vulkanisation erforderlich. Weitere Merkmale dieser Herstellung und Verbindung der elastischen Substrate 20 und 22, der nicht-dehnbaren Schicht 18 und der Lagerkörper 2 und 4- sind dem Fachmann geläufig und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Beispiel

Ein zylindrisches elastomeres Lager mit vier elastomeren Schichtenkörpern wie in Fig. 2 dargestellt kann gemäß der Erfindung hergestellt werden, wobei die elastomeren Schichten 16 und 18 eine Dicke von 2,03 mm bzw. 0,76 mm aufweisen und die Substrate, welche die Schichten 16 bilden, die folgenden Abmessungen besitzen:

Lage	Breite
2OA	1,83 mm
22A	0,20 mm
2OB	0,91 mm
22B	1,12 mm
2OC	0,4-1 mm
22C	1,63 mm
2OD	0,10 mm
22C	1,93 mm

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Bei diesem Lager kann das Substrat 20 einen Scherelastizitätsmodul von 16,5 bar (240 psi) aufweisen und das Substrat 22 kann einen Scher el astizitätsmodul von 4-, 82 bar (70 psi) besitzen. Die Innenwand 10 des äußeren Rings 4-kann einen Durchmesser von 4-6,23 mm und die Außenwand 12 einen Durchmesser von 50,8 mm aufweisen. Die Außenwand 8 des Innenrings 2 kann einen Durchmesser von 25,4- mm besitzen.

Ein Lager, welches gemäß dem obigen Beispiel hergestellt wurde, besitzt eine axiale Gesamtschubsteifigkeit von 307,16 kg/cm (1720 lb/in) und eine Gesamttorsionssteifigkeit von 16,71 kg-cm/⁰ (14-,5O in-lb/°) und nahezu ausgeglichene Scherbeanspruchungen in der elastischen Lage über einen weiten Bereich von Sorsionsbelastungen zwischen beispielsweise +.1,0° bis +_ 10,0°. Hierdurch wird eine im wesentlichen gleichförmige Verformung der elastischen Schichtenkörper unter der Wirkung zyklischer Torsionsbewegungen bewirkt. Im Gegensatz, dazu würde ein Lager gleicher Größe mit unterschiedlichen elastischen Materialien dazu neigen, eine ausgeglichene Scherbeanspruchung nur für einen schmalen Bereich zyklischer Torsionsbewegungen zu liefern.

Die in Pig. 2 dargestellte Ausführungsform ist nicht die einzig mögliche zur Verwirklichung der Erfindung. Es können vielmehr auch andere Konstruktionen vorgesehen werden. So ist es beispielsweise möglich, daß die Lage 16, die der Außenwand 8 am nächsten liegt, d. h. das Substrat 22, wegfallen kann, und die innerste Schicht 16 kann nur aus dem Substrat 20 bestehen. In gleicher Weise kann die äußere Schicht 16, die die Innenwand 10 berührt, nur aus

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dem Substrat 22 bestehen. Es ist auch denkbar, daß drei oder mehr einheitliche Substrate benutzt werden, um einen oder mehrere der elastischen Schichtenkörper 16 zu bilden. Es ist auch möglich, ein Lager vorzusehen, das mehr oder weniger Schichten 14- als in Fig. 2 dargestellt enthält. Ferner ist ein Lager denkbar, bei dem die Stützkörper 2 und 4- nicht kreisringförmig ausgebildet sind. So könnte beispielsweise das Teil 2 als massiver Zylinder ausgebildet sein, während das Teil 4- als rechteckiger Block ausgebildet ist, der eine zentrale kreisförmige Bohrung besitzt, deren Radius größer ist als der Radius des Teils 2. Ebenso kann man ein Lager im Spritzgußverfahren herstellen, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Dicke des Schichtenkörpers 16 scheint in Fig. 1 über das Lager konstant zu sein, und zwar unabhängig von der radialen Stellung, d. h. die Summe der Dicke des Substrats 20 und des Substrats 22 ist jeweils gleich, unabhängig von der radialen Stellung des Schichtenkörpers. Dies ist jedoch nicht zwingend für die Erfindung und das Lager könnte so abgewandelt werden, daß die Dicke des Schichtenkörpers 16 über das Lager hinweg nicht gleichmäßig ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß ein Vorteil des Erfindungsgegenstandes gegenüber dem Stande der Technik darin besteht, daß ein Lager erzeugt werden kann, bei dem die elastischen Schichten im wesentlichen vergleichmäßigte Scherbeanspruchungen über einen weiten Bereich von Torsionsbewegungen tragen und nicht nur bei einem relativ schmalen Bereich. Dies führt zu einer im wesentlichen gleichförmigen Verzerrung der elastischen Schichten, wodurch die Lebensdauer des Lagers

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vergrößert wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß gleichmäßige Scherbeanspruchungen über einen weiten Bereich von Torsionsbewegungen erlangt werden können, indem nur zwei ■unterschiedliche elastomere Materialien Anwendung finden, die die elastischen Schichten bilden. Dies führt zu einer Verringerung der Kosten und zu einer erhöhten Produktion.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Mg Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

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D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ' '' ■ .. '

Unser Zeichen: 16 960

Pat ent ansprüche

^.!Elastisches zylindrisches Lager mit einem starren

Innenglied und einem starren Außenglied, zwischen denen miteinander verbundene konzentrische Schichten
angeordnet sind, die abwechselnd aus Lagen elastischen Materials und nicht-elastischen Materials bestehen, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens einige der elastischen Lagen aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Substraten bestehen, wobei jedes Substrat einer elastischen Lage aus einem elastischen Material besteht, dessen Scherelastizitätsmodul von dem Scherelastizitätsmodul des anderen Substrats innerhalb der elastischen Lage unterschieden
ist, und daß die Scherelastizitätsmoduln des Substrats in jeder elastischen Lage so gewählt sind, daß die elastischen Lagen ein wirksames Elastizitätsschermodul aufweisen, das bewirkt, daß die innerhalb
jeder elastischen Lage auftretenden Beanspruchungen
in jeder Lage für einen gegebenen Bereich von Torsionsbelastungen gleich sind.

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~²~ 3033356
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sämtliche elastischen Lagen aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen elastischen Substraten unterschiedlichen elastomeren Materials bestehen.
3· Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede elastische Lage die gleiche Zahl von Substraten wie jede andere elastische Lage aufweist.
4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jede elastische Lage aus dem gleichen elastischen Material besteht wie jede andere elastische Lage.
5. Lager nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die elastischen Materialien, die die elastischen Lagen bilden, in der gleichen radialen Folge für jedes elastische Substrat angeordnet sind.
6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke eines jeden Substrats innerhalb einer gegebenen elastischen Lage sich in Abhängigkeit von der radialen Position der betreffenden Lage unterschiedlich ist.
7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Scherelastizitätsmodul

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ORIGINAL INSPECTED

einer jeden elastischen Lage mit steigendem Radius absinkt.
8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet , daß jede elastische Lage aus zwei konzentrischen miteinander verbundenen Substraten besteht, die einen unterschiedlichen Scherelastizitätsmodul besitzen, und daß der Anteil der Scherelastizitätsmoduln so gewählt ist, daß jede elastische Lage einen wirksamen Scherelastizitätsmodul derart besitzt, daß die in jeder elastischen Lage auftretenden Beanspruchungen über einen weiten Bereich unterschiedlicher Torsionsbelastungen im wesentlichen gleich sind den Beanspruchungen in anderen Lagen.
9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat aus einem ersten elastischen Materiil besteht, das einen relativ hohen Scherelastizitätsmodul aufweist, und daß das hiermit verbundene Substrat aus einem zweiten elastischen Material besteht, welches einen relativ niedrigen Scherelastizitätsmodul besitzt.
10. Lager nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß der Scherelastizitätsmodul jeder elastischen Lage mit sich vergrößerndem Radius absinkt.
11. Lager nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , daß die Dicke eines jeden Substrats aus erstem elastischem Material mit sich vergrößerndem Radius verringert wird und die Dicke jedes Substrats aus dem zweiten elastischen Material mit sich vergrößerndem Radius größer wird.

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