DE3133545A1

DE3133545A1 - Elastomerschlaufe

Info

Publication number: DE3133545A1
Application number: DE19813133545
Authority: DE
Inventors: Gregoire 6483 Bad Soden-Salmünster Benneyan; Hubert 6943 Birkenau Pletsch; Franz-Josef 6483 Bad Soden-Salmünster Wolf
Original assignee: Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Current assignee: Woco Franz Josef Wolf and Co GmbH
Priority date: 1981-08-25
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1983-03-10
Also published as: EP0073299A1; US4482136A; JPS5888238A; DE3268773D1; ATE17778T1; EP0073299B1; JPH0256530B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine ringförmige Elastomerschlaufe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie deren Verwendung.

Eine ringförmige Elastomerschlaufe für eine Aufhängung im Sinne der Erfindung ist ein in sich geschlossener Ring, der nicht unbedingt Kreisform zu haben braucht, mit prinzipiell beliebigem Querschnitt, wobei der im wesentlichen aus einem Elastomer bestehende Ring der Aufnahme, Dämpfung und Pufferung von Zugkräften dient, die zwischen zwei relativ zueinander beschränkt beweglichen Konstruktionsteilen oder Maschinenteilen auftreten können.

Elastomerschlaufen dieser Art werden im Bereich des Maschinenbaues zur Aufhängung der verschiedensten Teile verwendet, die Schwingungen oder Stoßbelastungen ausgesetzt sind, beispielsweise zur Aufhängung von Tischen, Leitungen oder Führungen. So werden beispielsweise auch die Motorabgasleitungen und Schalldämpfertöpfe von Kraftfahrzeugen, also das sogenannte Auspuffsystem, über solche Elastomerschlaufen an Trägern aufgehängt, die fest mit dem Chassis oder mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden sind.

Wenn solche Elastomerschlaufen ausschließlich aus einem Elastomer bestehen, weisen sie einen zu flachen Verlauf der Federkennlinie und eine zu geringe Standzeit auf. Insbesondere die zu geringe Progression der Federkennlinie bei großen Wegen führt dazu, daß bei wirtschaftlich sinnvoller Dimensionierung von Elastomerschlaufen zu Aufhängungszwecken, die ausschließlich aus einem Elastomer bestehen, bei Lastspitzen, insbesondere bei Stoßlastspitzen, das belastete Konstruktionsteil· einen relativ weiten Hub

gegenüber dem tragenden Konstruktionsteil ausführt und bei Aufheben der Last mit relativ großer Beschleunigung gegen das tragende Konstruktionsteil zurückgeführt wird. Diese überweiten Federwege unter Grenzbelastung führen zum Stoßen und Schlagen der Teile gegeneinander und zu einer erheblichen Verkürzung der Standzeit der Elastomerschlaufe.

Es ist daher bekannt, solche Elastomerschlaufen durch Einlagen zu verstärken. Als Verstärkungsmaterial werden textile Gewebe (DE 15 05 498 C3) oder Federstahl (DE 26 58 358 C3) verwendet. Durch die Gewebeverstärkungen kann jedoch die angestrebte Progression der Federkennlinie nicht, zumindest bei weitem nicht in dem angestrebten Ausmaß, herbeigeführt werden. Außerdem weisen mit Gewebeeinlagen verstärkte Elastomerschlaufen eine ungenügende thermische Stabilität der Federkennlinie auf. Eine solche thermische Stabilität des Verlaufs der Federkennlinie ist jedoch für viele Anwendungszwecke durchaus von Bedeutung, so beispielsweise für die Aufhängung von Motorabgasleitungen im Kraftfahrzeugbau. Bei der Verwendung eines Federstahlbandes als Einlage für die Elastomerschlaufen einer Aufhängung hat die Praxis gezeigt, daß insbesondere bei Schwingungsbelastung die Federbandeinlage häufig bis in den Grenzbereich der Federdehnung belastet wird. Dies führt zu verhältnismäßig rascher Materialermüdung und nicht selten zum Bruch des Federstahlbandes.

Andere, aus der Praxis bekannt gewordene Versuche, die Elastomerschlaufe durch unelastische oder nur geringfügig dehnbare Verstärkungseinlagen zu verfestigen, haben ebenfalls nicht zum Erfolg geführt. Die Federkennlinien solcher Elastomerschlaufen zeigen teils bereits im Proportionalitätsbereich, teils im Anschluß an den Proportionalitätsbereich einen so steilen Anstieg, daß das angestrebte

Dämpfungsverhalten der Elastomeraufhängung weitgehend verlorengeht.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ringförmige Elastomerschlaufe für eine Aufhängung zu schaffen, speziell für eine schwingungsdämpfende und schalldämpfende Aufhängung zu schaffen, deren Federkennlinie einen möglichst breiten und flachen Proportionalitätsbereich und unmittelbar an diesen anschließend einen Progressionsbereich aufweist, der in einen steilen Anstieg der Federkennlinie übergeht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Elastomerschlaufe der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gekennzeichnet ist.

Die Erfindung schafft also eine ringförmige Elastomerschlaufe, bei der das Elastomer durch eine eingebettete Gelenkkette verstärkt ist. Wesentlich ist dabei, daß zwischen der Gelenkkette bzw. den einzelnen Gliedern der Gelenkkette und dem Elastomer, aus dem die Ringschnur der Elastomerschlaufe besteht, eine feste, haftende und formschlüssige Verbindung besteht. Die Gelenkkette bzw. der in sich geschlossene Gelenkkettenring und der Elastomerring bilden also einen einheitlichen Verbundkörper. Dabei sind der Gelenkkettenring und der Elastomerring zumindest im wesentlichen konzentrisch zueinander bzw. zumindest im wesentlichen koaxial zueinander, bezogen auf die Normale der Ringebene, angeordnet.

Bei Verformung des Elastomerringes werden die Winkel zwischen je zwei benachbarten Gliedern der Gelenkkette verändert, so daß die Glieder der Gelenkkette also Knickbewegungen gegeneinander ausführen. Da die Glieder der

Gelenkkette jedoch mit dem Elastomer der Schnur der Elastomerschlaufe in einem festen formschlüssigen Verbund \. stehen, wird durch die Knickbewegung der Glieder der Ge- '' lenkkette gegeneinander der Spannungsverlauf der Verformungsspannung im Elastomer konzentriert und so verstärkt_r daß der Proportionalitätsbereich der Federkennlinie, also der Kraft-Weg-Kennlinie, der Elastomerschlaufe insgesamt verlängert und nach Durchlaufen eines Progressionsbereiches die Federkennlinie durch einen steilen Anstieg begrenzt werden kann, der letztlich seinerseits durch die Zugfestigkeit des eingelagerten Gelenkkettenringes begrenzt ist.

Der wesentliche Vorteil der Elastomerschlaufe gemäß der Erfindung gegenüber vergleichbaren Elastomerschlaufen mit Einlagen aus Geweben oder Federstahlbändern liegt in der praktisch vollkommen ermüdungsfreien langfristigen Dauerbelastbarkeit, insbesondere Schwingungsbelastbarkeit. Versuche haben gezeigt, daß die Elastomerschlaufe mehrere Millionen Dehnungszyklen bis in den Progressionsbereich der Federkennlinie hinein vollkommen unbeschadet übersteht, während unter gleichen Bedingungen Gewebeeinlagen durch Dehnung und Stahlbandeinlagen durch Bruch ihre Wirksamkeit bereits bei weit weniger als 1 Million Dehnungszyklen verloren haben.

Prinzipiell kann der Gelenkkettenring peripher oder exzentrisch zur Seele oder Mittellinie der Elastomerringschnur angeordnet sein. Für die meisten Anwendungsfälle ist der Gelenkkettenring vorzugsweise jedoch zumindest im wesentlichen koaxial zur Mittelachse der Ringschnur angeordnet bzw. in der Ringschnur eingebettet, so daß also die Elastomerringschnur und der in ihr eingebettete Gelenkkettenring zumindest im wesentlichen die gleiche Symmetrie aufweisen. Dabei ist, selbst wenn dies nicht

unter allen Umständen zur Erzielung der Wirkung der Erfindung erforderlich ist, der Gelenkkettenring vorzugsweise vollständig von dem Elastomer umschlossen.

Insbesondere bei der Verwendung im Kraftfahrzeugbau und bei der Verwendung der Schlaufe zur schalldämpfenden Leitungsaufhängung weist die Elastomerschlaufe die Form eines O-Ringes mit kreisringförmigem Elastomerschnurprofil· auf.

Die in das Elastomer eingebettete Gelenkkette kann prinzipiell aus beliebigem Werkstoff bestehen, solange dieser in der Lage ist, mit dem Elastomer einen festen Verbund zu bilden. Wenn dies die von der Elastomerschlaufe erwartete Zugfestigkeit zuläßt, kann die Gelenkkette beispielsweise durchaus auch aus Kunststoff bestehen. Vorzugsweise besteht die Gelenkkette jedoch aus Stahl. Die Verbindung zwischen den Stahlgliedern der Gelenkkette bzw. des Gelenkkettenringes und dem Elastomer kann durch Grundieren oder Beschichten des Gelenkkettenringes mit einem Haftmittel in an sich bekannter Weise verbessert werden.

Die erstaunliche Verbesserung der Standzeit der Elastomerschlaufe bei Einbettung einer Gelenkkette ist darauf zurückzuführen, daß die Gelenkkette den Verformungen des Elastomers unter Einsatzbedingungen durch den formschlüssigen Verbund mit dem Elastomer praktisch beliebig folgt, ohne dabei selbst in irgendeiner Weise zu ermüden oder zu verschleißen und insbesondere ohne dabei in irgendeiner Weise ihre Zugfestigkeit zu verlieren und dadurch die Grenzdehnbarkeit bzw. die Zugfestigkeit der Elastomerschlaufe insgesamt zu verändern. Aus diesem Grund ist daher auch die spezifische Ausbildung der Gelenkkette prinzipiell solange freibleibend, wie die Verformbarkeit des Elastomerringes unter Einsatzbedingungen nicht hindernd beeinträchtigt, sondern lediglich in der angestrebten Weise verstärkend beeinflußt wird. Da die in Rede stehenden

Elastomerschlaufen häufig auf Dehnung in ihrer Ringebene beansprucht werden und für eine solche Beanspruchung ausgelegt sind, ist die erfindungsgemäß in die Elastomerschnur eingebettete Gelenkkette vorzugsweise eine Bolzenkette,, insbesondere Gallkette, oder eine Buchsenkette.

In dem Verbund zwischen dem Gelenkkettenring und dem Elastomerring der Elastomerschlaufe kann die Dehnbarkeit des Elastomerringes besser und vollständiger ausgenutzt werden, wenn der Ringdurchmesser des Gelenkkettenringes größer als der Ringdurchmesser des Elastomerschnurringes im entspannten Zustand ist. Der Gelenkkettenring wird dann dadurch auf den Durchmesser des Elastomerschnurringes verkleinert, daß die einzelnen Kettenglieder des Gelenkkettenringes im Elastomer nicht gestreckt liegen, sondern zumindest abschnittsweise gewinkelt gegeneinander liegen, und zwar vorzugsweise unter Bildung einer zumindest im wesentlichen regelmäßigen Sägezahnlinie. Der von jeweils zwei benachbarten Kettengliedern eingeschlossene Winkel der durch die gewinkelte Anordnung der Kettenglieder gebildeten Sägezahnringlinie liegt dabei vorzugsweise im Bereich von ungefähr 20° bis 90° und ist im einzelnen sowohl von den Kenndaten des Elastomers, insbesondere der Härte des Elastomers, und von der Länge der einzelnen Kettenglieder abhängig. Der Fachmann kann die für den speziellen Anwendungsfall jeweils optimalen Werte ohne weiteres durch Versuche ermitteln. Als Richtwert kann für diese Versuche gelten, daß bei einer Härte des Elastomers im Bereich von ca. 50 - 60 Shore A und einer Länge der einzelnen Kettenglieder der Gelenkkette von 4 mm und einem Ringdurchmesser der Elastomerschlaufe in der Größenordnung von ungefähr 5 cm der von jeweils zwei benachbarten Kettengliedern eingeschlossene Winkel ungefähr im Bereich von 40° bis 50° liegt. Je weicher das Elastomer eingestellt ist, desto kleiner kann der Winkel werden, und umgekehrt,

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je härter das Elastomer eingestellt ist, desto größer sollte auch der von den einzelnen Kettengliedern der gewinkelt gelegten Gelenkkette eingeschlossene Winkel sein. Andererseits, je langer die einzelnen Kettenglieder sind, desto größer kann auch der Knickwinkel der Sägezahnlinie gewählt werden.

Beste Ergebnisse werden erhalten, wenn die Gelenkkette in den Bereichen dem Verlauf der Elastomerschnur des Elastomerringes entsprechend gestreckt gelegt ist, in denen an der Elastomerschlaufe die Halterungen angreifen, über die die Zugkräfte auf die Elastomerschlaufe bei bestimmungsgemaßer Verwendung aufgebracht werden, während die Gelenkkette in den verbleibenden Abschnitten der Elastomerschlaufe zumindest im wesentlichen regelmäßig nach Art einer Sägezahnkurve alternierend gewinkelt verläuft.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Radialschnitt und in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Elastomerschlaufe;

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 die Federkennlinie der in den Figuren 1 und gezeigten Elastomerschlaufe.

Die in der Fig. 1 im Radialschnitt und in der Fig. 2 im Axialschnitt dargestellte Elastomerschlaufe 1 ist ein Verbundkörper, der aus einer ringförmig in sich geschlossenen Elastomerschnur 2 und einer in dieser eingebetteten und von dem Elastomer der Elastomerschnur 2 vollständig um-

schlossenen Gelenkkette 3, hier einer Gallkette, besteht, die ebenfalls ringförmig in sich geschlossen ist. Die Gelenkkette 3 ist koaxial zur Mittelachse 4 der Ringebene und koaxial zur Mittelachse 5 der Ringschnur 2 angeordnet. Die gegeneinander zu dämpfenden Konstruktionsteile greifen über Halterungen 6,7 an der Elastomerschlaufe 1 an.

Der maximale Ringdurchmesser der Mittellinie der Gelenkkette 3, also der Durchmesser der Gelenkkette 3 bei gestreckt ausgelegten Kettengliedern, ist wesentlich größer als der Ringdurchmesser der Mittelachse 5 der Elastomerringschnur 2 im entspannten Zustand des Elastomers. Durch alternierendes Abwinkein der einzelnen Kettenglieder der Gelenkkette 3 ist der mittlere Durchmesser der Gelenkkette 3 auf den Durchmesser der Mittelachse 5 der Ringschnur verkleinert. Die Gelenkkette bildet also eine zumindest im wesentlichen regelmäßige Sägezahn-Ringlinie. Dabei ist der von jeweils zwei benachbarten Kettengliedern regelmäßig eingeschlossene Winkel 8 in der Fig. 1 nicht maßsstäblich dargestellt, sondern aus Gründen der klareren Darstellung vergrößert gezeigt.

In den Auflagebereichen der Lastangriffe 6,7 sind die Kettenglieder der in die Elastomerschnur 2 eingebetteten Gelenkkette 3 im Gegensatz zu den übrigen Abschnitten der Elastomerschlaufe 1 nicht gegeneinander zickzackförmig abgewinkelt, sondern gestreckt. Dies vermindert die Dehnbarkeit der Elastomerschlaufe 1 im Bereich der Lastangriffe 6,7 und trägt dadurch zur Verlängerung der Standzeit der Elastomerschlaufe 1 bei.

Die Federkennlinie für eine Elastomerschlaufe der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Art ist in ihrem typischen Verlauf in der Fig. 3 gezeigt. Nach einem relativ breiten Proportionalbereich A folgt ein zügig, aber nicht abrupt

ansteigender Progressionsbereich B, der dann in einen
steil und praktisch senkrecht ansteigenden Ast C übergeht.

Prüflinge der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Elastomerschlaufe wurden auf einem Prüfgerät fast 3 Millionen Dehnungszyklen ausgesetzt, bei denen jede Dehnung bis fast
an die obere Grenze des Progressionsbereiches B (Fig. 3)
durchgeführt wurde. Keine der nach diesen Dehnungszyklen untersuchten Elastomerschlaufen hat irgendwelche Verschleißerscheinungen oder über die normale Elastomerermüdung hinausgehende Ermüdungserscheinungen gezeigt. Insbesondere blieben Verlauf und Lage der Federkennlinie im
Progressionsbereich B und im Anstiegsbereich C unverändert.

Claims

JAEGER, GRAMS & PONTANI

DIPL.CHEM. DR. KLAUS JAEGER DIPL.-ING. KLAUS D. GRAMS DR.-ING. HANS H. PONTANI

BOBS GAUTING · BERGSTR. 48V, 8O31 STOCKDORF . KREUZWEG 34 8752 KLEINOSTHEIM . HIRSCHPFAD

WOC-102

WOCO

Franz-Josef Wolf & Co.

Sprudelallee 19

Bad Soden-Salmünster

Elastomerschlaufe

Patentansprüche

1. Ringförmige Elastomerschlaufe für eine Aufhängung, gekennzeichnet durch einen zumindest im wesentlichen koaxial zur Mittelachse (4) der Ringebene formschlüssig in dem Elastomer (2) eingebetteten Gelenkkettenring (3).

Elastomerschlaufe nach Anspruch 1, '-; dadurch gekennzeichnet , daß der Gelenkkettenring (3) zumindest im Wesentlichen auch koaxial zur Mittelachse (5) der Ringschnur (2) der Elastomerschlaufe (1) angeordnet ist und vollständig von dem Elastomer (2) umschlossen ist.

TELEPHON: (Ο89) 85Ο2Ο3Ο[ 8574O8Oj (ΟΘΟ27) 8825 · TELEX; 5 21 777 Isar d

31335Λ5

3. Elastomerschlaufe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlaufe (1) die Form eines O-Ringes mit kreisringförmigem Schnurprofil· hat.

4. Elastomerschlaufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet , daß die Gelenkkette (3) eine Bolzenkette oder eine Buchsenkette aus Stahl ist.

5. Elastomerschlaufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet ,

daß der Ringdurchmesser des kreisförmig gestreckten Gelenkkettenringes (3) größer als der Ringdurchmesser des Elastomerschnurringes (2) im entspannten Zustand ist und daß die Kettenglieder des Gelenkkettenringes (3) im Elastomer (2) eine zumindest im wesentlichen regelmäßige Sägezahn-Ringlinie bilden.

6. Elastomerschlaufe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der von jeweils zwei benachbarten Kettengliedern eingeschlossene Winkel (8) 20° bis 90° beträgt.

7. Elastomerschlaufe nach einem der Ansprüche 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet , daß die Gelenkkette (3) in den Auflagebereichen der Lastangriffe (6,7) gestreckt verläuft.

8. Verwendung der Elastomerschlaufe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Aufhängung der Motorabgasleitungen und Schalldämpfertöpfe von Kraftfahrzeugen.