DE4314006A1

DE4314006A1 - Spring shackle for the vibration-dampened suspension of loads

Info

Publication number: DE4314006A1
Application number: DE19934314006
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Moews
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1994-10-27

Abstract

The subject-matter of the patent is a spring shackle which can be used as a tension spring between a supporting element, for example a ceiling, and a load to be suspended in a vibration-dampened manner. It is characterised by a hollow cylinder of viscoelastic material, which accommodates two semicylindrical sliding pieces which bear against its inner wall and are connected to the supporting or load part in a diametrically opposed manner perpendicularly to the longitudinal axis of the cylinder. When a load acts, the sliding pieces experience a stroke which the viscoelastic casing counteracts.

Description

Gegenstand des Patents ist ein Feder- oder Lastenanhänger, der als Zugfeder zwischen einem tragenden Deckenelement in Gebäuden, Gewölben oder Schächten und einer schwingungsisoliert oder -gedämpft aufzuhängenden Last bzw. Teillast, wie Rohre oder Rohrsysteme, Meßgeräte, Aggregate, Anlagen und Maschinen eingesetzt werden kann.The subject of the patent is a spring or cargo trailer, the as a tension spring between a load-bearing ceiling element in Buildings, vaults or shafts and one with vibration isolation or -damped load or partial load, such as pipes or pipe systems, measuring devices, aggregates, plants and machines can be used.

Darüber hinaus ist ein Einsatz als einfache Zugfeder in Fahrzeugen, Maschinen oder Anlagen möglich.In addition, it can be used as a simple tension spring in vehicles, Machines or systems possible.

Es ist eine Vielzahl von Aufhängevorrichtungen auf der Basis von auf Druck oder Zug belasteten Stahlfedern bekannt. Nachteilig bei diesen Stahlfedern sind die der jeweiligen Nennlast entsprechenden großen räumlichen Abmaße sowie die großen Federwege.It is based on a variety of hangers of steel springs loaded under pressure or tension. The disadvantage of these steel springs is that of the respective one Nominal load corresponding large spatial dimensions as well as the great travel.

Des weiteren bekannt sind Membranfedern auf Gummi- oder Elastomerbasis. Gegenüber Stahlfedern haben diese den Vorteil eines geringen Gewichts und einer hohen Korrosionsbeständigkeit. Deren Anwendung ist bisher jedoch beschränkt auf kleine räumlich wirkende Lasten. Als Federhänger sind sie ungeeignet. Gleiches gilt für den Einsatz von Schlaufen aus elastomeren Schnüren zur Aufnahme und Dämpfung von Zugkräften. Aufgrund ihres ungünstigen Spannungs-/Dehnungsverhaltens setzt bereits bei geringen Zugkräften eine relativ starke Dehnung ein, die andererseits bei Nachlassen der Kraft rasch zurückgeht und unter Umständen zu einem unerwünschten Schlagen führen kann. Außerdem tritt in den Randbereichen der angreifenden Trag- und Lastelemente ein erhöhter Verschleiß durch Knickbeanspruchungen auf.Membrane springs on rubber or are also known Elastomer base. They have the advantage over steel springs low weight and high corrosion resistance. However, their application has so far been limited to small ones spatial loads. They are unsuitable as spring hangers. The same applies to the use of loops made of elastomer Cords for absorbing and damping tensile forces. Because of their unfavorable stress / strain behavior already sets at low tensile forces a relatively strong elongation, the on the other hand, when the strength diminishes rapidly and can possibly lead to an undesirable hitting. Also occurs in the edge areas of the attacking support and Load elements increased wear due to buckling stresses on.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen, räumlich kleinen, fertigungs- und bautechnisch einfachen Federhänger als Bindeglied zwischen einer tragenden Decke oder einem tragenden Deckenelement und einer schwingenden und Körperschall erzeugenden Last herzustellen, der sowohl die Kraftstöße und Schwingungen als auch den Körperschall dieser hängenden Last auf das tragende Element dämpft und dämmt und dabei die vorgenannten Nachteile vermeidet.The invention has for its object a simple, spatially small, simple to manufacture and build Spring hangers as a link between a load-bearing ceiling or a load-bearing ceiling element and a swinging one and produce structure-borne noise, which both the power surges and vibrations as well as the structure-borne noise dampens this hanging load on the load-bearing element and insulates and avoids the aforementioned disadvantages.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Hohlzylinder aus viskoelastischem Material, der zwei gegenüberliegende, an der Innenwandung anliegende kreissegmentartige Gleitstücke umschließt, welche diametral entgegengesetzt Verbindungselemente besitzen, die sie, senkrecht zur Zylinderachse, mit dem Trag- oder Lastteil verbinden. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung können diese Verbindungselemente Bolzen sein, die durch Öffnungen des viskoelastischen Hohlzylinders herausragen. Die Bolzen besitzen Gewinde, mit Hilfe dessen sie in die Länge der Gleitkörper halbierende Gewindebohrungen eingeschraubt sind. Der Festsitz der Gleitstücke an den Hohlkörperwandungen wird durch Preßverbindung des Haltebolzens mit der Bohrungswandung des viskoelastischen Körpers erreicht. According to the invention the object is achieved by a hollow cylinder made of viscoelastic material, the two opposite, segments of a circle lying against the inner wall Slides, which diametrically opposed connecting elements they have, perpendicular to the cylinder axis, connect to the supporting or load part. In a preferential way Design, these fasteners can be bolts be through openings in the viscoelastic hollow cylinder stick out. The bolts have threads, with the help of which they threaded holes bisecting the length of the sliding body are screwed in. The sliding pieces are firmly attached to the hollow body walls is by pressing connection of the retaining bolt with reached the bore wall of the viscoelastic body.

Bei Angreifen einer Last erfahren die Gleitstücke einen Hub, dem der viskoelastische Mantel entgegenwirkt.When a load is attacked, the sliders experience a stroke, which the viscoelastic coat counteracts.

In Abhängigkeit von den Stoß- und Schwingungsbelastungen dehnt sich der viskoelastische Hohlkörper senkrecht zur Längsachse aus. Näherungsweise gilt die BeziehungStretches depending on the shock and vibration loads the viscoelastic hollow body is perpendicular to the longitudinal axis out. The relationship is approximate

im gleitstückfreien Bereich undin the area without slides and

im Bereich der Gleitstücke, wobeiin the area of the sliders, whereby

ε - Dehnung
F - Zugkraft
µ - Reibungskoeffizient der Reibpaarung Hohlzylinder - Gleitstück
α - Umschlingungswinkel des Hohlzylinders am Gleitstück
A - Mantelquerschnittsfläche
E - Elastizitätsmodul des zugbelasteten Hohlzylindersε - elongation
F - traction
µ - coefficient of friction of the pair of friction hollow cylinder - slide
α - wrap angle of the hollow cylinder on the slider
A - jacket cross-sectional area
E - modulus of elasticity of the tensile hollow cylinder

Gegenüber Federhängern auf Stahlfederbasis weisen die erfindungsgemäßen viskoelastischen Federhänger ein kleines Bauvolumen und wesentlich kleinere Federwege bei der Nennbelastung unter sonst gleichen Bedingungen auf. Außerdem ist die Dämpfungskomponente sowohl durch die Dehnung als auch durch die Gleitreibung des viskoelastischen Hohlzylinders an den Wandungen der Gleitstücke in der Größenordnung der Isolierwirkung des Federhängers, was sich günstig auf die Körperschalldämmung zum Tragelement, wie Decke und Wandungen eines Gebäudes, auswirkt.Compared to spring hangers based on steel springs, the invention has viscoelastic spring hanger a small construction volume and much smaller spring travel for the nominal load under otherwise the same conditions. Besides, that is Damping component both through the stretch and through the sliding friction of the viscoelastic hollow cylinder on the Walls of the sliders in the order of the insulation effect of the spring hanger, which is beneficial to the structure-borne sound insulation to the supporting element, such as a ceiling and walls Building.

Der Federhänger ist nahezu wartungsfrei. Sein Preis ist weit niedriger als der von Federhängern auf Stahlfederbasis.The spring hanger is almost maintenance-free. Its price is far lower than that of coil springs based on steel springs.

Aus dem Ausführungsbeispiel ist das geringe Bauvolumen des erfindungsgemäßen Federhängers für bereits beachtliche Lasten ersichtlich. Nach Maßgabe des maximal zulässigen Hubweges ist der Fachmann durch Berechnungen und wenige Versuche in der Lage, aufgrund der bekannten Werkstoffparameter die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Federhängers auf den konkreten Lastfall abzustimmen.The small construction volume of the embodiment is Spring hanger according to the invention for already considerable loads evident. According to the maximum permissible stroke the expert through calculations and few attempts in the Location, based on the known material parameters, the dimensioning of the spring hanger according to the invention on the concrete To coordinate the load case.

Die Erfindung sein nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the drawing.

Ein viskoelastischer Hohlzylinder 1 aus Polyurethan mit einer Shore-Härte von 60 und einem Elastizitätsmodul E=50 MPa umschließt zwei halbzylinderförmige metallische Gleitstücke 2 und 3. Für Einsatzfälle mit einer zu erwartenden Zugkraft von F=200 kp besitzt der PUR-Körper (unbelastet) einen Außendurchmesser von 50 mm, einen Innendurchmesser von 40 mm und eine Länge von ebenfalls 40 mm. Die mit ihren ebenen Schnittflächen zueinander gerichteten Gleitstücke 2 und 3 nehmen den freien Querschnitt des Hohlzylinders ein. Die Verbindung des Federhängers zu dem Trag- bzw. Lastelement wird durch fest mit den Gleitstücken 2 und 3 verbundene, aus dem Hohlzylinder 1 herausragende Haltebolzen 4 und 5 hergestellt. Durch die Preßverbindung der Haltebolzen 4 und 5 in diametral gegenüberliegenden Bohrungen des viskoelastischen Mantels 1 werden die Gleitstücke 2 und 3 in ihrer Lage gehalten. In geeigneter Weise, bspw. über ein Gewinde, sind die Haltebolzen mit dem Trag- bzw. Lastelement verbunden.A viscoelastic hollow cylinder 1 made of polyurethane with a Shore hardness of 60 and an elastic modulus E = 50 MPa encloses two semi-cylindrical metallic sliding pieces 2 and 3 . For applications with an expected tensile force of F = 200 kp, the PUR body (unloaded) has an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 40 mm and a length of also 40 mm. The sliders 2 and 3 , which face each other with their flat cut surfaces, take up the free cross section of the hollow cylinder. The connection of the spring hanger to the supporting or load element is produced by retaining bolts 4 and 5 which are firmly connected to the sliders 2 and 3 and protrude from the hollow cylinder 1 . By the press connection of the retaining bolts 4 and 5 in diametrically opposite bores of the viscoelastic jacket 1 , the sliders 2 and 3 are held in their position. In a suitable manner, for example via a thread, the retaining bolts are connected to the carrying or load element.

Durch die Ausbildung der Gleitkörper 2 und 3 in Form von Halbzylindern mit einem Außendurchmesser nahe dem Innendurchmesser des viskoelastischen Hohlzylinders 1 im unbelasteten Zustand wird in erwünschter Weise ein maximaler Umschlingungswinkel mit großer Kontaktfläche realisiert, der einen gleitenden Übergang des auf Zug beanspruchten viskoelastischen Materials aus dem Kontaktbereich mit den Gleitstücken in den gleitstückfreien Bereich gewährleistet. Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit beeinträchtigende Knick- und Kerbwirkungen sind damit ausgeschlossen.By designing the sliding bodies 2 and 3 in the form of half cylinders with an outside diameter close to the inside diameter of the viscoelastic hollow cylinder 1 in the unloaded state, a maximum wrap angle with a large contact surface is achieved in a desired manner, which allows the viscoelastic material that is subjected to tension to move smoothly from the contact area guaranteed with the sliders in the slider-free area. This eliminates buckling and notch effects that impair the service life and reliability.

Die auf die viskoelastische Ringfläche wirkende Zugkraft F_α ist eine Funktion des Umschlingungswinkels. Sie gehorcht der Beziehung F_α=F·e^- ^μα. Mit steigendem Umschlingungswinkel und proportional steigender Kontaktfläche Hohlzylinder-Gleitstück nimmt also die Zugkraft F und damit die Dehnung bezogen auf die Flächeneinheit ab. Im hier diskutierten Falle (Last von 200 kp) unter Zugrundelegung der vorgenannten Parameter und einem Reibungskoeffizienten PUR-Metall von µ=0,7 beträgt sieThe tensile force F _α acting on the viscoelastic ring surface is a function of the wrap angle. It obeys the relationship F _α = F · e ^- ^μα . With increasing wrap angle and proportionally increasing contact surface of the hollow cylinder sliding piece, the tensile force F and thus the elongation in relation to the unit area decrease. In the case discussed here (load of 200 kp) on the basis of the aforementioned parameters and a coefficient of friction of PU metal of µ = 0.7, it is

die Dehnung ε=0,1.the elongation ε = 0.1.

Beim Einsatz von Gummi anstelle PUR (E_Gummi1/2 E_PUR) beträgt die Dehnung etwa ε=0,4. Das heißt sehr große Dehnung und damit große Schwingwege.When using rubber instead of PUR (E _rubber 1/2 E _PUR ), the elongation is approximately ε = 0.4. That means very large elongation and thus large oscillation paths.

Für den Havariefall (Brand, Riß im Hohlzylinder) besitzt der erfindungsgemäße Federhänger einen übergreifenden, das Schwingungs- und Dämpfungsverhalten nicht beeinflussenden Sicherheitsbügel 6.In the event of an accident (fire, crack in the hollow cylinder), the spring hanger according to the invention has a comprehensive safety bracket 6 which does not influence the vibration and damping behavior.

Claims

1. Spring hanger for vibration-insulated or damped suspension of loads or partial loads on support elements, consisting of a damping intermediate member made of non-metallic material, characterized by a hollow cylinder made of visco-elastic material, the longitudinal axis of which is perpendicular to the applied force and the free cross-section of which is two semi-cylindrical , on the inner wall of which engages sliding bodies ( 2 ) and ( 3 ), one sliding body ( 2 ) being connected to the support element, the other ( 3 ) being connected to the load element.

2. Spring hanger according to claim 1, characterized in that the viscoelastic hollow cylinder ( 1 ) consists of polyurethane.

3. Spring hanger according to claim 1, characterized in that the sliding pieces ( 2 ) and ( 3 ) consist of metal.

4. Spring hanger according to claim 1, characterized in that the semi-cylindrical sliders ( 2 ) and ( 3 ) have holes in the center, orthogonal to their sectional plane for receiving retaining bolts ( 4 ) and ( 5 ).

5. Spring hanger according to claim 4, characterized in that the retaining bolts ( 4 ) and ( 5 ) are guided in a press connection through holes in the viscoelastic jacket ( 1 ).