DE3788285T2

DE3788285T2 - Elastisches lasttragendes und schwingungsanpassungsfähiges lager.

Info

Publication number: DE3788285T2
Application number: DE87906488T
Authority: DE
Inventors: James Durand
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-08-03
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2007-08-04
Also published as: AU602736B2; WO1988009449A1; AU8075187A; JPH07113392B2; BR8707982A; US4858880A; DE3788285D1; JPH03501149A; CA1293741C; EP0360793A1; EP0360793B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elastische Befestigungsvorrichtungen und insbesondere auf eine nichtsymmetrische elastische Befestigungsvorrichtung der Pilz- Bauart.

Stand der Technik

Viele getragene Komponenten sind mit einem Tragrahmen verbunden mittels einer Art elastischer Befestigungsvorrichtung. Beispielsweise werden elastische Befestigungsvorrichtungen im wesentlichen allgemein verwendet, um den Motor mit dem Rahmen eines Kraftfahrzeugs zu verbinden, um die vom Motor erzeugten Vibrationen oder Schwingungen und Geräusche vom Rest des Fahrzeugs zu trennen. Wie erwartet, haben solche elastischen Befestigungsvorrichtungen viele Formen, Arten, Größen usw. abhängig von der Anwendung und den Funktionsvorgaben der speziellen Verwendung.
Zwei der wichtigeren Aspekte beim Design jeglicher elastischen Befestigungsvorrichtung sind die Kosten und die Größe, die im allgemeinen Hand in Hand gehen, da die Größe, die Menge und Art des verwendeten Materials, die Konstruktionstechniken usw. diktiert, was zu den Gesamtkosten des Bauens der Befestigungsvorrichtung beiträgt. Die Größe wird allgemein bestimmt durch den verfügbaren Raum zwischen dem Motor und den Traggliedern und wurde in den letzten Jahren immer kleiner. Jedoch muß die Befestigungsvorrichtung unabhängig von der Größe und den Kosten gute Vibrations- und/oder Geräuschisolierung vorsehen, während sie gute Verformungs- oder Ablenkungssteuerung vorsieht. Darüber hinaus muß die elastische Befestigungsvorrichtung hohe Ermüdungsfestigkeit für eine lange Lebensdauer besitzen. Ein Beispiel aus vielen Arten der elastischen Befestigungsvorrichtungen wird üblicherweise als "Pilz"-Befestigungsvorrichtung bezeichnet. Die meisten dieser Befestigungsvorrichtungen haben eine symmetrische Konstruktion und besitzen ein ringförmiges, elastisches, elastomerartiges primäres Tragkissen zwischen den tragenden und den getragenen Gliedern und ein identisches, ringförmiges, elastisches, elastomerisches Rückfederkissen auf der anderen Seite eines der Glieder, wobei jedes der Kissen einen rohrförmigen Teil besitzt, der sich in ein gemeinsames Loch in einem der tragenden oder getragenen Glieder erstreckt. Ein Nachteil dieser Befestigungsvorrichtung ist der, daß die Fähigkeiten des Rückfederkissens im allgemeinen nicht so groß sein müssen wie die Fähigkeiten des primären Kissens. Somit ist das Rückfederkissen durch die Verwendung identischer Teile für sowohl die primäre als auch die Rückfederbelastung im allgemeinen für seine Funktion überdimensioniert und hat einen signifikanten Anteil an den Gesamtkosten der Befestigungsvorrichtung. Darüber hinaus vermehrt das Vorsehen des rohrförmigen Vorsprungs auf beiden Teilen auch die Kosten der Befestigungsvorrichtung.
Eine Befestigungsvorrichtung der Pilzbauart, die auf den Seiten 62-66 eines Industrieproduktkatalogs beschrieben ist, welcher durch die Lord Corporation vor dem Prioritätsdatum 29.5.1987 veröffentlicht wurde, zeigt die Merkmale des ersten Teils von Anspruch 1 und umfaßt einen ringförmigen Luftraum zwischen den zylindrischen Teilen und eine starre Abstandshalterhülse, die sich durch axial ausgerichtete Durchlässe in den Trag- und Rückfederkissen erstreckt. Der Luftraum sieht eine Deflektions- oder Auslenkfähigkeit mit einer zweifachen Federrate in radialer oder lateraler bzw. seitlicher Richtung vor. Bei der bisher bekannten Befestigungsvorrichtung gab es nicht das Problem des Abdichtens des Luftraums, um zu verhindern, daß Schmutz in den Luftraum eintritt. Durch Vermindern der Materialmenge der Befestigungsvorrichtung auf ein Minimum und durch Minimieren der Verwendung kostspieliger Herstellungstechniken jedoch trennt sich das elastische Rückfederkissen der vorliegenden Befestigungsvorrichtung manchmal von dem zusammenpassenden tragenden oder getragenen Glied während hoher Belastung des primären Tragkissens. Dies würde gestatten, daß Schmutz oder anderes Fremdmaterial in den Luftraum eindringt. Über eine Zeitperiode hinweg würde sich der Luftraum füllen und in großem Maße die Zweifachratenfähigkeit vermindern.
DE-B-1 233 736 zeigt ein beispielhaftes Beispiel einer elastischen Lasttragevorrichtung, die einen elastischen primären Träger und ein elastisches, ringförmiges Rückfederkissen besitzt, wobei eine Schürze des primären Trägers sich in eine Bohrung in dem Rückfederkissen erstreckt.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine elastische, lasttragende und bewegungsaufnehmende Befestigungsvorrichtung die Merkmale gemäß Anspruch 1 auf.
Die vorliegende Erfindung sieht eine kostengünstige, elastische Befestigungsvorrichtung vor, die konstruiert ist, um maximalen Vorteil aus dem darin verwendeten Material zu ziehen, ohne die Betriebscharakteristika oder erwartete Lebensdauer zu opfern. Da die Rückfeder- oder Negativ-Schwerkraft-Belastungen, die auf die Tragkomponente ausgeübt werden, im allgemeinen nur 60 bis 70% der Positiv-Schwerkraft-Belastungen sind, wird die Größe des Rückfederkissens und daher die darin benötigte Materialmenge bezüglich des primären Trägers entsprechend vermindert. Darüber hinaus ist die Form des Rückfederkissens so konstruiert, daß sehr einfache Herstellungstechniken verwendet werden, so daß die Herstellungskosten weiter vermindert werden. Die besondere Form des Rückfederkissens ist auch so konstruiert, daß sie eine primäre Dichtung vorsieht zum Heraushalten von Schmutz aus einem Luftraum, der absichtlich in die Befestigungsvorrichtung eingebaut ist, um eine nicht lineare axiale Deflektions- oder Ablenkungsfähigkeit vorzusehen, und zwar insbesondere während Rückfederbelastungen, und um hohe Ermüdungsfestigkeit, aber niedrige Anfangssteifheit in einem kleinen Raum vorzusehen. Eine sekundäre Dichtungsfunktion ist vorgesehen als ein zusätzliches Hindernis gegen Schmutzeindringen in den Luftraum unter sehr hoher positiver Belastung auf den primären Träger.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einem zusammengebauten Zustand;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines der Elemente der vorliegenden Erfindung in seiner nicht zusammengebauten Form im freien Zustand;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer weiteren Komponente der vorliegenden Erfindung in ihrer nicht zusammengebauten Form im freien Zustand; und
Fig. 4 ist eine typische Belastungs/Deflektions-Kurve der vorliegenden Erfindung.

Bestes Verfahren zum Ausführen der Erfindung

Eine nicht-symmetrische, elastische lasttragende und bewegungsaufnehmende Befestigungsvorrichtung 10 ist gezeigt als Verbindung zwischen einem tragenden Glied 11 und einem getragenen Glied 12. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt das getragene Glied 12 eine Öffnung 13 dahin durch und ist höhenmäßig oberhalb des tragenden Glieds 11 positioniert, und die folgende Beschreibung der Befestigungsvorrichtung 10 wird sich auf diese relative Position der Glieder beziehen.
Die elastische Befestigungsvorrichtung 10 umfaßt einen starren Träger 14, einen elastischen primären Träger 16, ein elastisches, ringförmiges Rückfederkissen 17, eine starre Abstandshalterhülse 18, eine Begrenzungsunterlegscheibe 19 und ein Gewindebefestigungsmittel 21.
Der starre Träger 14 besitzt einen rohrförmigen Teil 22, der sich durch die Öffnung 13 hindurch erstreckt, und einen Flansch 23, der von dem unteren Ende des rohrförmigen Teils 22 radial nach außen ragt. Der Flansch steht mit dem Glied 12 in Eingriff.
Der elastische primäre Träger 16 besteht aus einem Elastomermaterial und besitzt einen kreisformigen Kopfteil 26, einen rohrförmigen Teil 27 und einen mittigen Durchlaß 28, der sich axial dahin durch erstreckt. Der Kopfteil 26 ist zwischen dem Flansch 23 und dem tragenden Glied 11 angeordnet und ist integral mit dem Flansch verbunden. Der rohrförmige Teil 27 erstreckt sich durch den rohrförmigen Teil 22 des starren Trägers 14 und ist integral damit verbunden. Der rohrförmige Teil 27 besitzt eine Schürze 29, die sich über den rohrförmigen Teil 22 hinaus erstreckt. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist, besitzt die Außenoberfläche der Schürze 29 eine Kegelstumpfform. Der mittige Durchlaß 28 besitzt einen Teil 31 mit vermindertem Durchmesser am unteren Ende des Trägers, während der Hauptteil des mittigen Durchlasses eine leichte Verjüngung aufweist, wobei der größere Durchmesser benachbart zu der Schürze 29 ist.
Das Rückfederkissen 17 ist zwischen dem Glied 12 und der Begrenzungsunterlegscheibe 19 positioniert und besitzt gegenüberliegende Enden 32, 33 und einen mittigen Durchlaß 34, der sich dahin durch erstreckt. Das Rückfederkissen 17 besteht auch aus einem Elastomermaterial und in dem in Fig. 2 gezeigten, nicht zusammengedrückten Zustand besitzt das Ende 32 eine innere Abschrägung 36, die den mittigen Durchlaß 34 schneidet, und eine äußere Abschrägung 37, die die Außenumfangsfläche des Rückfederkissens 17 schneidet. Die inneren und äußeren Abschrägungen 36, 37 bilden einen axial vorstehenden, ringförmigen Grat oder Steg 38 mit einer flachen Oberfläche. Das Ende 33 besitzt auch eine äußere Abschrägung 39, die die Umfangsoberfläche des Rückfederkissens schneidet. Der mittige Durchlaß 34 besitzt eine Kegelstumpfform ähnlich zu der Kegelstumpfform des Schürzenteils 29. Im zusammengebauten Zustand erstreckt sich die Schürze 29 in den mittigen Durchlaß 34 und steht mit dem Rückfederkissen 17 in abdichtendem Eingriff.
Die starre Abstandshalterhülse 18 erstreckt sich durch die mittigen Durchlässe 28 und 34 und wirkt mit dem primären Träger 16 zusammen, um einen ringförmigen Luftraum 41 dazwischen zu definieren.
Die Begrenzungsunterlegscheibe 19 besitzt ein Loch 42 dahin durch. Das Gewindebefestigungsmittel 21 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Bolzen bzw. eine Schraube, der bzw. die sich durch das Loch 42 und die Abstandshalterhülse 18 erstreckt und gewindemäßig mit einem Gewindeloch 43 in dem tragenden Glied 11 in Eingriff steht.
Die Befestigungsvorrichtung 10 kann auch in Anwendungen verwendet werden, bei denen die relative Position der Glieder 11 und 12 umgekehrt ist, wobei das Glied 12 höhenmäßig unterhalb des Glieds 11 ist, so daß das Glied 12 zum tragenden Glied wird und das Glied 11 zum getragenen Glied wird. In solchen Anwendungen wird die Orientierung der Befestigungsvorrichtung 10 umgekehrt, so daß der Kopfteil 26 des primären Trägers 16 zwischen den Gliedern 11 und 12 positioniert bleibt.

Industrielle Anwendbarkeit

Bei der Verwendung werden die Komponenten der elastischen Befestigungsvorrichtung 10 zusammengebaut, wie in Fig. 1 gezeigt. Während des Zusammenbauverfahrens wird die Schraube 21 in das Gewindeloch 43 geschraubt, was bewirkt, daß sowohl der Kopfteil 26 des elastischen primären Trägers 16 als auch das Rückfederkissen 17 im wesentlichen zusammengedrückt werden auf die gezeigte Form. Die Abstandshalterhülse 18 ist so bemessen, daß in der zusammengebauten Position eine angemessene Größe der Kompressionskraft auf den Kopfteil und das Rückfederkissen ausgeübt wird. Wie durch Fig. 1 deutlich ist, wird im zusammengebauten Zustand der ringförmige Grat oder Steg 38 des Rückfederkissens 17 wesentlich mehr zusammengedrückt als die anderen Teile des Rückfederkissens.
Das Zusammendrücken des Rückfederkissens 17 in axialer Richtung bewirkt auch, daß eine gewisse radiale Versetzung des elastischen Materials nach innen auftritt. Eine solche Versetzung bewirkt auch, daß gewisse axiale und radiale Kompressionskräfte auf die Schürze 29 ausgeübt werden.
Der Kopfteil 26 des primären Trägers 16 funktioniert in erster Linie, um die Positiv-Schwerkraft-Belastungen zu absorbieren, die in einer Abwärtsrichtung auf das getragene Glied 12 ausgeübt werden, während das Rückfederkissen 17 funktioniert zum Absorbieren der Negativ-Schwerkraft-Belastungen. Der ringförmige Luftraum 41 sieht eine radiale oder laterale bzw. seitliche Deflektionsfähigkeit mit zweifacher Federrate vor, und zwar dadurch, daß die anfängliche seitliche Bewegung des getragenen Glieds 12 durch Scherbelastung in dem Kopfteil 16 und dem Rückfederkissen 17 absorbiert wird. Bei stärkerer seitlicher Bewegung des getragenen Glieds 12 jedoch kommt der rohrförmige Teil 27 mit der starren Abstandshalterhülse 18 in Eingriff und eine weitere Bewegung des getragenen Glieds 12 wird absorbiert durch Zusammendrücken des rohrförmigen Vorsprungs 27. Die nicht zusammengedrückte oder freie Zustandsform des Rückfederkissens 17 sieht mehrere wichtige Funktionen vor. Erstens dient der ringförmige Grat oder Steg 38 als eine primäre Dichtung, um Schmutz und anderes Fremdmaterial aus dem ringförmigen Raum 41 herauszuhalten, wenn der Kopfteil 26 während positiver Belastung auf die Befestigungsvorrichtung 10 zusammengedrückt wird. In diesen Situationen, wenn der Kopfteil 26 zusammengedrückt wird, dehnt sich das Rückfederkissen zu seiner freien Zustandsform hin aus. Der Steg 38 bleibt dadurch in Kontakt mit dem getragenen Glied 12, zumindest während des Hauptteils der Kompression des Kopfteils.
Bei dieser Art der Befestigungsvorrichtung ist die Kombination des Kopfteils 26 und des Rückfederkissens 17 additiv beim Bestimmen der Steifheit sowohl bei positiver als auch bei Rückfederbelastung. Somit trägt die Form des Rückfederkissens dieses Ausführungsbeispiels nicht nur zur Gesamtsteifheit der elastischen Befestigungsvorrichtung 10 bei, sondern wird auch verwendet zum Steuern der Form der Belastungsdeflektionskurve, insbesondere während Rückfederbelastung. Mit Bezug auf Fig. 4 ist es deutlich, daß die Form der Kurve während negativer Belastung unterschiedlich ist von der Steigung der Kurve während positiver Belastung.
Schließlich sieht die Form des Rückfederkissens 17 einen variablen Formfaktor vor (d. h. Lastfläche geteilt durch die freie Fläche), der sich über den gesamten Bereich der Kompression hinweg ändert. Beispielsweise ist ein niedriger Formfaktor vorgesehen in der freien Zustandsform oder in einem leicht belasteten Zustand, ein mittlerer Formfaktor ist vorgesehen im zusammengebauten Zustand und ändert sich in einen hohen Formfaktor im hochbelasteten Zustand. Dies ergibt ein Rückfederkissen mit niedriger Anfangssteifheit, die sich während der Kompression erhöht, und ein Rückfederkissen, das eine hohe Ermüdungsfestigkeit besitzt für eine lange erwartete Lebensdauer auf kleinem Raum.
Die Schürze 29 sieht eine zusätzliche Barriere vor gegen Schmutzeindringen in den ringförmigen Raum 41 während sehr hoher positiver Belastung auf den elastischen primären Träger 16. Unter dieser selten auftretenden Bedingung wird das Rückfederkissen vollständig entlastet und könnte den Kontakt mit dem Glied 12 verlieren. Jedoch ragt die Schürze 29 über die Oberseite des Glieds 12 hinaus und in den Durchlaß 34 hinein und wirkt somit als ein Damm, um Schmutz und anderes Fremdmaterial, das sich auf dem Glied 12 angesammelt haben kann, vom Eindringen in den ringförmigen Raum 41 abzuhalten. Hinsichtlich des Vorgenannten ist es sofort verständlich, daß die Struktur der vorliegenden Erfindung eine verbesserte elastische Befestigungsvorrichtung vorsieht, die relativ preiswert herzustellen ist, während sie die ordnungsgemäßen Betriebseigenschaften und lange Lebenserwartung vorsieht. Die Form des Rückfederkissens ist so konstruiert, daß der Vorteil sehr einfacher Herstellungstechniken ausgenutzt wird, um eine primäre Dichtungsfunktion vorzusehen, um Schmutz aus dem Luftraum herauszuhalten, und um eine hohe Ermüdungsfestigkeit, aber eine niedrige Anfangssteifheit auf einen kleinen Raum vorzusehen. Die Schürze des primären Trägers wirkt mit dem Rückfederkissen zusammen, um eine sekundäre Dichtungsfunktion vorzusehen unter starker positiver Belastung auf den primären Träger.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung können erhalten werden aus den Zeichnungen, der Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen.

Claims

1. Elastische lasttragende und bewegungsaufnehmende Befestigungsvorrichtung (10) zum Verbinden tragender und getragener Glieder (11, 12), wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: einen starren Träger mit einem rohrförmigen Teil (22) und einem Flansch (23), der von einem Ende des rohrförmigen Teils (22) radial nach außen ragt; einen elastischen primären Träger (16), der einen kreisförmigen Kopfteil (26) verbunden mit dem Flansch (23), einen rohrförmigen Teil (27), der sich durch den rohrförmigen Teil des starren Trägers (14) erstreckt und damit integral verbunden ist, und einen mittigen Durchlaß besitzt, der sich axial durch den primären Träger (16) erstreckt; ein elastisches, ringförmiges Rückfederkissen (17), das gegenüberliegende Enden (32, 33) und einen sich dahin durch erstreckenden, mittigen Durchlaß (34) besitzt, wobei eines der gegenüberliegenden Enden eine innere Abschrägung (36) besitzt, die den mittigen Durchlaß (34) schneidet; und Befestigungsmittel (18, 19, 21), die sich durch die mittigen Durchlässe (28, 34) erstrecken zum Befestigen des primären Trägers und des Rückfederkissens an gegenüberliegenden Seiten von einem der Glieder und an dem anderen der Glieder, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (32) des Rückfederkissens (17) eine äußere Abschrägung (37) besitzt, die die Außenumfangsoberfläche des Rückfederkissens schneidet, wobei die inneren und äußeren Abschrägungen einen axial vorstehenden, ringförmigen Grat oder Steg (38) definieren, der mit dem erwähnten einen Glied in Eingriff kommt, wobei Mittel vorgesehen sind zum Verhindern des Eintretens von Schmutz in einen ringförmigen Raum (41), der zwischen dem rohrförmigen Teil (27) des primären Trägers (16) und den Befestigungsmitteln definiert ist, wobei der rohrförmige Teil (27) des primären Trägers eine Schürze (29) umfaßt, die sich von dort aus erstreckt und in Eingriff mit den Befestigungsmitteln sowie in abdichtendem Eingriff mit einer Oberfläche des mittigen Durchlasses (34) des Rückfederkissens (17) gedrängt oder gedrückt wird.

2. Elastische Befestigungsvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei der mittige Durchlaß (34) in dem Rückfederkissen (17) eine Kegelstumpfform besitzen, und wobei die Schürze (29) eine kegelstumpfförmige Außenoberfläche ähnlich zu der Kegelstumpfform des Rückfederkissens besitzt.

3. Elastische Befestigungsanordnung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Befestigungsmittel (18, 19, 21) folgendes umfassen: eine starre Abstandshülse (18), die sich durch die mittigen Durchlässe (28, 34) erstreckt, eine Scheibe oder Begrenzungsunterlegscheibe (19), die normalerweise mit dem anderen der Enden des Rückfederkissens (17) in Eingriff steht, und ein Gewindebefestigungsmittel (21), das sich durch die Begrenzungsunterlegscheibe (19) und die starre Abstandshülse (18) erstreckt und in das andere der Glieder geschraubt ist.