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Die Erfindung betrifft das Gebiet der elastischen Gelenke, die
eine elastornere Verbindung zwischen zwei starren koaxialen
Teilen erfordern, welche deren relative Drehbewegung ohne
Reibung um eine Achse ermöglicht, auf welche erhebliche radiale
Belastungen und axiale Beanspruchungen ausgeübt werden können,
wobei gesteuerte Filtersteifheiten durch ein einfach
herstellbares Teil gewährleistet sind. Sie findet ganz besonders
Verwendung als Gelenkverbindung für Aufhängungslenker für
Fahrzeuge, wie auch zur Antivibrationsaufhängung von
zerbrechlichem Material, das verladen ist oder sich an einem
unveränderlichen Platz befindet.
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Das Drehgelenk eines Lenkers, z. B. einer Aufhängung, auf
einer am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigten Art Gehäuse,
erfordert üblicherweise die Verformung eines elastischen
Klotzes auf elastomerer Basis.
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Die Weiterentwicklungen der herkömmlichen elastischen Gelenke,
wie sie in den Dokumenten GB 637.901 von SILENTBLOC,
FR 957.174 und FR 1.415.871 von METALASTIK beschrieben sind
und deren Leistungsfähigkeit in bezug auf die gegenwärtigen
Anforderungen der Industrie, insbesondere der
Automobilindustrie, unzureichend geworden sind, tragen zunächst zur
Verbesserung
der Fähigkeiten zum winkeligen Durch- oder Ausfedern
ohne Spiel bei, indem sie eine Möglichkeit des Gleitens über
eine gewisse Reibungsgrenze hinaus einführen. So zeigen die
Dokumente FR 2.430.538 von SAGA für ein Gelenklager und EP
0.163.980 (entspricht US 4.671.694) von BOGE und
TRW-EHRENREICH für eine quasi zylindrische Muffe die Anwendung einer
axialen Vorspannung des elastischen Bestandteils durch
konische Verformung der nach innen umgebördelten Enden des äußeren
rohrförmigen Rings. Infolge dieser Vorspannung muß das
winklige Durchfedern eine gewisse Schwelle überschreiten, um das
funktionsgemäße Gleiten des Gelenks nutzen zu können.
Andererseits zeigen die beiden Dokumente Gelenke, bei denen eine sehr
große axiale Beanspruchung ohne Möglichkeit eines Spiels, aber
immer mit einer erhöhten Steifheit der Verbindung, ausgeübt
werden kann, welche unter diesen Umständen keinen Anspruch auf
eine gute Antivibrations-Filterung erheben kann.
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Dagegen offenbart das Dokument FR 827.020 von METALASTIK die
Möglichkeit eines axialen Spiels bei einer guten Filterung
durch den Einsatz einer auf dem äußeren Beschlag angeordneten
Kautschukschicht, die als Widerlager dient, um nach dem
Schließen eines Schlitzes die Reaktion auf axiale Kräfte
sicherzustellen, die deshalb aber nicht die Filterung und die
axialen Beanspruchungen zugleich ermöglicht.
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Zugunsten der radiale Filterung verbessern
Weiterentwicklungen, die in eine andere Richtung gehen, die Filterung durch
Verringerung der radialen Steifheit auf einen kurzen Hub, der
durch das Wirksamwerden eines Widerlagers in einer Position,
die der funktionsgemäßen Position so nah wie möglich ist,
begrenzt ist.
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Das Dokument EP 0.162.745 von HUTCHINSON zeigt die Verwendung
von Nuten, die in der freien Seitenfläche des elastischen
Werkstoffs ausgebildet sind, wobei es sich um Nuten handelt,
die sich schließen, um die Widerlagerfunktion durch
mechanischen
Kontakt ihrer Seitenwandungen zu gewährleisten und um
das Ausüben von sehr großen radialen Beanspruchungen über den
durch den kurzen Hub sichergestellten Filterungsbereich hinaus
zuzulassen. Die axialen Beanspruchungen passen nicht besonders
zu diesem Teile-Typ, und außerdem ändert die "konische"
Ausrichtung, d. h. ein Winkelunterschied zwischen den koaxialen
Elementen, den Wert des funktionsgemäßen Spiels, indem sie es
beschränkt, bis es jenseits eines gewissen Winkels nicht mehr
vorhanden ist.
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Eine Verbesserung dieser Vorrichtung wird durch das Dokument
FR 2.650.040 von CAOUTCHOUC MANUFACTURE ET PLASTIQUES
erreicht, Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, in dem ein
elastisches Gelenk mit großer radialer Filterung und zunehmender
Hubbegrenzung durch Kontakt mit einer großen Fläche einer in
einer zylindrischen Aufnahme ausgebildeten Zelle beschrieben
wird, wobei eine axiale Vorspannung zwischen den anliegenden
konischen Scheiben aufrechterhalten wird. Der erhöhte
Formfaktor, begünstigt durch das Anliegen der Scheiben, ermöglicht
das Einbringen einer beträchtlichen Menge elastischen
Materials, das dennoch eine gute Filterung beibehält, wobei eine
Fähigkeit für sehr große Beanspruchungen in axialer Richtung
erhalten bleibt.
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Diese Vorrichtung bewahrt Fähigkeiten für eine "konisch"
genannte winklige Durchfederung zwischen den Achsen der
Bestandteile. Jedoch ist eine gute axiale Filterung, die mit den
gelegentlichen, jedoch sehr großen axialen Beanspruchungen
verträglich ist, nicht das oberste Ziel dieser beiden letzten,
sehr unterschiedlichen Anwendungen.
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Es scheint offensichtlich zu sein, daß ein Bedarf an axialer
Filterung, die Fähigkeiten für sehr große axiale
Beanspruchungen beibehält, in den aus dem Stand der Technik bekannten
Vorrichtungen nur durch Trennung der Funktionen befriedigt
werden kann, was den Einbauenden zwingt, eine wirksame
Filterung
und die Begrenzung des Hubs durch geeignete Widerlager
separat vorzunehmen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und
wirtschaftliches Hilfsmittel zu schaffen, das diese Funktionen in einem
einzigen elastischen Gelenk vereinigt, das durch die üblichen
Mittel der Industrie für die Umformung von Kautschuk
herstellbar ist, ohne daß dies auf Kosten der vom Benutzer geforderten
Leistungsfähigkeit geht.
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Bei der Erfindung handelt es sich somit ein elastisches Gelenk
mit erhöhter Filterfähigkeit und Spielsteuerung durch
eingebaute Widerlager, wobei zur Gewährleistung der reibungsfreien
Drehung eines Aufhängunglenkers um eine feste Achse zwei
starre, zueinander koaxial angeordnete Teile über eine mit ihnen
innig verbundene Elastomerzusammensetzung elastisch verbunden
sind.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer
Elastomerzusammensetzung bestehende, Axialflansche an jedem
Ende einer als innerer Beschlag dienenden Innenhülse
übergreifende Schicht erheblicher Dicke sich axial beidseitig an einem
eingezogenen Rand eines als äußerer Beschlag dienenden
Preßrings abstützt, der sich unter Verformung einer elastischen
Buchse auf der Innenhülse dreht, daß die Wirkung der
beidseitigen axialen Widerlager so optimiert ist, daß beim
dynamischen Durchfedern ohne permanente Axialbelastungen die
Filtersteifheit zwei bis fünfmal geringer ist als die radialen
Beanspruchungen entgegenwirkende Steifheit, und daß die axiale
Steifheit jenseits des Filterbereichs progressiv auf einen
Wert ansteigt, der größer ist als die radialen Beanspruchungen
entgegenwirkende Steifheit.
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Die Erfindung wird beim Durchlesen der Beschreibung, die die
Zeichnungen erläutert, besser verstanden werden, wovon
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- Fig. 1 ein Axialschnitt des erfindungsgemäßen elastischen
(Dreh-)Gelenks ist;
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- Fig. 2 Graphiken enthält, die die axiale Steifheit
definieren, und zwar in den Ansichten 2a und 2b durch eine
schematische Konstruktion und in der Ansicht 2c
durch eine dynamische Betrachtungsweise;
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- Fig. 3 ein Axialschnitt eines elastischen Gelenks nach der
Formgebung in der Gießerei und vor seiner Endbear
beitung ist.
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Die Fig. 1 ist ein Axialschnitt eines elastischen Gelenks,
genaugenommen eines Drehgelenks, das Gegenstand der Erfindung
ist. Das Teil ist von außen nach innen zusammengesetzt aus
einem als äußerer Beschlag dienenden Preßring (3), dessen
Enden umgebördelt sind, um eingezogene Ränder (8) zu bilden,
einer elastischen Buchse (1) aus einer
Elastomerzusammensetzung und einer als innerer Beschlag dienenden Innenhülse (2),
die in der Nähe von jedem ihrer Enden einen Axialflansch (4)
trägt. Die elastische Buchse (1) besteht aus einer
Elastomerzusammensetzung, die einerseits mit der als innerer Beschlag
dienenden Innenhülse (2) auf deren gesamten Außenfläche und
andererseits mit der Innenfläche des als äußerer Beschlag
dienenden Preßrings (3) innig verbunden ist. Der erhöhte
Formfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der mit dem einen oder dem
anderen steifen Bestandteil verbundenen Oberfläche und der
freien Oberfläche der Elastomerzusammensetzung, ermöglicht,
sehr große radiale Belastungen auszuüben, trotz eines Volumens
der elastischen Buchse (1), das gegenüber dem üblicherweise im
Stand der Technik angewendeten größer ist.
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Die Verformbarkeit der elastischen Buchse (1) und sein Modul,
der sehr niedrig gewählt werden kann, entsprechen der Qualität
einer guten Antivibrations-Filterung. Ein geläufiges
numerisches Beispiel nennt für ein Gelenk eines hinteren
Aufhängungslenkers an einem Auto eine radiale Steifheit von 300 daN
pro Millimeter auf den ersten Millimetern einer Abweichung aus
der Mitte in jeder radialen Richtung der Beanspruchung.
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Ein ähnliches Gelenk, das nur die axiale Steifheit durch
einfache Schubbeanspruchung der elastischen Buchse (1) wie im
Stand der Technik nutzt, würde z. B. eine axiale Steifheit von
30 daN pro Millimeter oder weniger aufweisen. Der Konstrukteur
benutzt dann allerdings im allgemeinen einen äußeren Flansch,
oft verbunden mit dem als äußeren Beschlag dienenden Preßring,
um Beanspruchungen auszuüben, die einige Hundert daN erreichen
können, mit der Notwendigkeit, die Anschlagprogression zu
regeln, dann aber außen, um von einer Steifheit zur anderen zu
gelangen, in einem Verhältnis, das 10 übersteigt.
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Im Gegenteil hierzu ist bei der Erfindung der Einschluß der
elastischen Buchse (1) durch das Vorhandensein eines
Axialflansches (4) vergrößert, der seitlich auf der als innerer
Beschlag dienenden Innenhülse (2), steif, metallen oder aus
einem polymeren thermoplastischen oder wärmeaushärtenden
Material und auf symmetrische Weise in der Nähe der Enden
angeordnet ist, dessen Abmessungen dennoch ein gewisses konisches
Durchfedern des als äußerer Beschlag dienenden Preßrings (3)
erlauben. Dies ist wegen des Umfangsspiels (5) möglich, das
den Axialflansch (4) umgibt, der von einer winzigen Lage Gummi
(6) bedeckt ist, die den meistens metallenen Werkstoff gegen
Korrosion schützt und im Betrieb eine geräuschdämmende Rolle
gewährleistet und die Gefahr begrenzt, daß beim gelegentlichen
Kontakt seiner Außenseite mit der Innenfläche des als äußerer
Beschlag dienenden Preßrings (3) Vibrationen entstehen.
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Jeder Axialflansch (4) ist zu den Enden der als innerer
Beschlag dienenden Innenhülse (2) hin mit einer Schicht
erheblicher Dicke (7) aus einer Elastomerzusammensetzung bedeckt,
wobei diese Zusammensetzung im allgemeinsten Fall identisch mit
der der elastischen Buchse (1) ist. Die Fig. zeigt die Schicht
erheblicher Dicke (7) scheinbar im Kontakt mit dem
eingezogenen
Rand (8) des als äußerer Beschlag dienenden Preßrings (3).
Eines der wesentlichen Kennzeichen der Erfindung liegt in der
Auswahl dieses annähernd losen Kontakts, um die Ausschläge der
relativen Drehbewegung der sich gegenüberliegenden Flächen
ohne Verschleiß zuzulassen.
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Radiale Ausschläge oder Durchfederungen müssen auch die
Ausübung der senkrecht zur Achse gerichteten variablen
Beanspruchungen zulassen, permanent oder gelegentlich, die sich nach
Hunderten von daN bemessen, wobei die entsprechende radiale
Bewegung somit den Millimeter überschreitet. Ein konischer
Ausschlag selbst ist Gegenstand einer differentiellen
Abweichung aus der Mitte zwischen eingezogenen Rändern (8) und
Schichten erheblicher Dicke (7), wobei dann die Achsen der als
innerer Beschlag dienenden Innenhülse (2) und des als äußerer
Beschlag dienenden Preßrings (3) nicht mehr parallel sind.
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Um diese Bewegungen zu ermöglichen, trennt ein anderes
Umfangsspiel (9) notwendigerweise den Innendurchmesser des
eingezogenen Randes (8) der als innerer Beschlag dienenden
Innenhülse (2), die sich letzterem durch ihr endseitiges Lager (10)
annähert.
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Bei der Verwendung des in eine Art Gehäuse zwischen zwei
Ebenen aufgenommenen elastischen Gelenks muß an jedem Ende der
als innerer Beschlag dienenden Innenhülse (2), zwischen dem
Innendurchmesser des eingezogenen Randes (8) und diesen
Ebenen, ein axiales Spiel (11) frei gelassen werden.
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In Richtung dieses axialen Spiels (11) tritt die axiale
Ausschlag- oder Durchfederungssteifheit der elastischen Buchse
(1) in der Nähe der Gleichgewichtsposition, d. h. in
Abwesenheit von Belastungen, in Erscheinung, und wird, an einem der
Enden, von einem Lösen aus der scheinbaren Abstützung und, am
gegenüberliegenden Ende, von einem Aufdrücken auf die beiden
Schichten erheblicher Dicke (7) begleitet.
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Um die funktionsgemäße Steifheit des erfindungsgemäßen
elastischen Gelenks den Bedürfnissen der Benutzer anzupassen, ist
es notwendig, die den Schichten erheblicher Dicke (7) eigene
axiale Steifheit festzulegen. Die Festlegung dieser axialen
Steifheit erfolgt mit Hilfe einer dynamischen Messung, bei
notwendigerweise reduzierten Hubbewegungen, bevor sehr große
Widerlager-Reaktionen sich auswirken, wobei diese Eigenschaft
durch die Beschreibung der Fig. 2 erklärt wird.
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Die Fig. 2 enthält Graphiken, die es ermöglichen, an einem
Anwendungsbeispiel die axiale Steifheit des erfindungsgemäßen
elastischen Gelenks zu definieren und so durch diese Art von
Messung die Parameter für eine industrielle Fabrikation
festzulegen, die es ermöglicht, das Lastenheft für die Anwendung
zu erfüllen. Auf der Abszisse sind die Verschiebungen
dargestellt, angegeben in Millimetern. Auf der Ordinate sind die
bei der Messung der Steifheit ausgeübten axialen
Beanspruchungen abgetragen, die gelegentlich 300 daN überschreiten können.
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Die Darstellung 2a zeigt die schematische Konstruktion der
Graphik, in der die Steigung der Kurve (C) die Steifheit des
elastischen Gelenks, wenn man eine konstante Steifheit (k)
beim Eindrücken einer der Schichten erheblicher Dicke zuläßt,
über die durch die Punkte (A) und (B) dargestellten Positionen
hinaus darstellt, wo der Kontakt von dieser mit dem
eingezogenen Rand, an dem einen oder dem anderen Ende des elastischen
Gelenks, stattfindet. Die Steigung des Abschnitts (AB) ist die
sehr niedrige freie axiale Steifheit (r) der elastischen
Buchse, die z. B. von 30 daN pro Millimeter beträgt. Die
Steigung über den Punkt (B) hinaus zeigt die Steifheit beim
anfänglichen Eindrücken einer der Schichten erheblicher Dicke,
wobei sich die Steifheit anschließend zunehmend bis über den
tangentialen Wert (k) hinaus vergrößert, um einen hohen
Druckwert zu erreichen, genau bis vor dem durch die Punkte (D) und
(E) dargestellten metallenen Kontakt, welcher dem axialen
Ausschlag des elastischen Gelenks ein Ende setzt.
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Es ist wünschenswert, daß die Steigung der Kurve (C) einen so
hohen Wert wie (10 k) erreicht, um diesen Stoß aufzufangen,
bevor die durch den Punkt (D) der Graphik dargestellte
Position erreicht wird. Auf jeden Fall muß die durch den
Endabschnitt der Kurve (C) dargestellte Steifheit sehr viel größer
sein als die radiale Steifheit des elastischen Gelenks.
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Die Darstellung 2b zeigt dieselbe theoretische Konstruktion,
unter der Annahme, daß die beiden Widerlager-Kontakte bereits
gleichzeitig um den durch den Punkt (O) in der Graphik
dargestellten symmetrischen Gleichgewichtspunkt stattgefunden
haben. Die Steifheit in diesem zentralen Bereich ist (2k), das
Doppelte der Steigung, die die Steifheit des Zusammendrückens
einer der Schichten mit erheblicher Dicke kennzeichnet, und
zwar bis einer der Kontakte an einem der Enden des elastischen
Gelenks wieder gelöst ist.
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In der Graphik wird die Steigung jenseits der die Position
dieser Kontakte darstellenden Punkte (A') und (B') wieder (k),
die die Steifheit eines alleinigen Eindrückens einer der
Schichten erheblicher Dicke ist. In Wirklichkeit addiert sich
zu diesen Steifheiten die sehr niedrige freie axiale Steifheit
(r) der elastischen Buchse. Zwischen den Punkten (A') und (B)
ist die Steifheit (2k + r) somit zurückzuführen auf das
Vorhandensein einer permanenten Vorspannung zwischen zwei
Stützlagern.
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Die Darstellung 2c ist eine Graphik davon, was der Betrachter
bei dynamischer Messung bei einem erfindungsgemäßen
elastischen Gelenkteil feststellen kann. Die Graphik - die
Verschiebung ist in zwei auseinandergezogenen Kurven (C1) und (C2)
aufgeteilt - übertreibt bei statischer Messung den Wert der
Reibungen oder der Hysterese und, bei dynamischer Messung, die
Wirkung des Fließverhaltens auf analoge Größe.
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Die Messungen dieser dynamischen Größen kollidieren immer mit
dem Problem der Zunahme der auf diesen Kurven der Steifheit
(C1) und (C2) nachweisbaren minimalen Steigung (K) in der Nähe
des symmetrischen Gleichgewichtspunkts (O), durch dynamische
Aussteifung, wenn die Amplituden kleiner werden.
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Jedoch besteht die Verbesserung einer Antivibrations-Filterung
in der Kunst, eine minimale feststellbare Steigung (K) mit
einer ausreichenden Amplitude zu erhalten, die die
geringstmögliche ist, wobei diese Amplitude diejenige ist, die benutzt
wird, um eine wirksame passive Antivibrations-Isolierung zu
erhalten. In dem angegebenen numerischen Beispiel kann diese
Amplitude mit ungefähr 0,25 Millimeter um den Punkt (O) herum
gewählt werden. Der Wert von (K) beträgt dann 100
daN/Millimeter für ein maximales Spiel zwischen Widerlagern,
dargestellt durch den Verlauf ED, in der Größenordnung von 3
Millimetern.
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Dagegen steht die von dem elastischen Gelenk gewährleistete
Funktion, die die Fähigkeit betrifft, die axialen Stöße zu
dämpfen, wobei diese Funktion in derselben Richtung gemessen
wird, wie die axiale Steifheit, im Widerspruch mit diesem
ersten Erfordernis der Filterung: die Fähigkeit zur Dämpfung
wird durch die in einer halben Schwingung absorbierte Energie
definiert und von der zwischen der Kurve und der horizontalen
Achse enthaltenen Fläche dargestellt. Unter Bezugnahme auf die
theoretische Graphik der Fig. 2a, dem Verlauf (OBD) folgend,
hat die Steifheit als aufeinanderfolgende Werte die Steigungen
(r), dann (k), dann den bis (10k) sehr zunehmenden Wert. Was
die Fig. 2b angeht, so folgt die Steifheit dem Verlauf (OB'D),
mit aufeinanderfolgenden Steigungen mit dem Wert (2k), dann
(k) und dann dem bis (10k) zunehmenden Wert. Im in der
Darstellung 2c gezeigten wirklichen Verlauf ermöglicht es das
tatsächliche Funktionieren des Teils nicht, falls ein Lager
(AB) körperlich existieren sollte, das ein echtes Spiel, eine
freie axiale Steifheit (r) oder eine Vorspannung aufweist, mit
dem Hub (A'B') identifiziert zu werden, denn darüberhinaus
verringert sich die sichtbare Steifheit zeitweilig von (2k)
auf den tangentialen Wert (k), der dem Eindrücken einer
einzigen der Schichten erheblicher Dicke entspricht, erzwungen
durch den eingezogenen Rand, bevor sie erneut zunimmt bis zu
dem durch den Punkt (D) dargestellten metallenen Kontakt.
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Die Steifheits-Kurve nimmt folglich in zwei Punkten jeweils
den Wert (2k) an, und die mittlere Kurve stellt eine scheinbar
dazwischen liegende Steifheit mit dem zwischen (k) und (2k)
liegenden Wert (K) dar.
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Bei der Betrachtung der Darstellung 2a stellt die mittlere
Kurve eine scheinbar dazwischen liegende Steifheit (K) dar,
mit einem zwischen (r) und (k) liegenden Wert, also eindeutig
unterhalb von (k).
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Es ist wahrscheinlich, sofern nur der Kontakt der Oberfläche
des Elastomers der Schicht erheblicher Dicke mit der
metallenen Innenfläche des eingezogenen Randes eine gewisse
Progression zu den durch die Punkte (A) und (B) (mit Spiel) oder (A')
und (B') (mit Vorspannung) dargestellten theoretischen
Kontakten gewährleistet, daß die Phänomene des Spiels und der
Vorspannung gleichzeitig auftreten, was der Grund dafür ist, daß
der Ausdruck "Spielsteuerung" als Merkmal der Erfindung
gewählt wurde.
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In dem für die Antivibrations-Filterung axialen Durchfederns
funktionsgemäß genutzten Bereich wird die durch die von einer
mit der Darstellung 2c übereinstimmenden Graphik dargestellte
minimale feststellbare Steigung (K) praktisch genausogut am
Punkt (B) wie am Punkt (B') durch den durch die Steifheit (k)
dargestellten tangentialen Wert bereitgestellt.
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Die Steifheit (k) ist eindeutig verschieden von der freien
axialen Steifheit (r), die auf die klare Schubbeanspruchung
der elastischen Buchse zurückzuführen ist, deren Wert im
angegebenen Beispiel 30 daN/Millimeter beträgt, und sie ist
definitionsgemäß die Folge der Deformation der einen oder der
anderen der Schichten erheblicher Dicke; folglich ist sie in
Wirklichkeit gleich dem Wert (K).
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Die feststellbare scheinbare Steifheit (K), die besonders
wirksam für die Filterung ist, muß zwischen zwei Werten
liegen, die jeweils zweimal und fünfmal schwächer als die radiale
Steifheit sind. Sie kann im angegebenen numerischen Beispiel
zwischen 60 und 150 daN/Millimeter festgelegt werden,
vorzugsweise auf den Wert von 100 daN/Millimeter, was somit
erfordert, der Schicht erheblicher Dicke eine Dicke von mehreren
Millimetern zu geben.
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Für die Festlegung dieser Dicke ermöglicht es die Erfahrung
der Industrie, die auf der Kenntnis der Energie beruht, die in
den Stößen durch die Elastomere absorbiert werden kann, eine
wiederherstellbare energetische Leistungsfähigkeit ohne
Zerstörung der elastomeren Mischung zu erwarten, wenn diese
Energie etwa 300 Joules pro Kilogramm Elastomer nicht übersteigt.
Eine vor der plötzlichen Beschränkung des Spiels durch den
unelastischen Kontakt freie Bewegung von mehr oder weniger 1,5
Millimetern, für Reaktionen, die 750 daN nicht überschreiten,
führt dazu, daß die von der zwischen dem Abschnitt der Kurve
(OBD) oder (OB'D) und der Abszissenachse enthaltene Fläche
dargestellte Energie zur Hälfte des Zyklus 1,2 Joules
nahekommt.
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Dies führt dazu, das elastische Gelenk so zu konstruieren, daß
eine Masse in der Größenordnung von 4 Gramm einer Schicht
erheblicher Dicke von dem Zusammendrücken betroffen ist; für das
angegebene Beispiel ist, bei einem mittleren Durchmesser von
25 mm, eine Dicke der Schicht erheblicher Dicke in der
Größenordnung von 4 bis 5 mm notwendig, um durch Optimierung der
Wirkung der Widerlager sowohl eine gute Filterung als auch
eine einwandfreie Absorption außergewöhnlicher Stöße zu
gewährleisten.
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Die Fig. 3 ist ein Axialschnitt des so definierten elastischen
Gelenks, dargestellt im Herstellungs-Rohzustand vor seiner
Endbearbeitung durch Einziehen. Im Verlauf der Beschreibung
dieser Fig. wird detailliert das Verfahren zur bevorzugten
Durchführung beschrieben.
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Der äußere zylindrische Ring (3') wird durch Ablängen von
einem Rohr mit dünner Wandung, z. B. aus gezogenem Stahl ohne
Schweißen, erhalten. Ein um den Axialflansch (4) der als
innerer Beschlag dienenden Innenhülse (2) ausgebildetes
Umfangsspiel (5') muß einen ausreichenden Wert annehmen, um die
Möglichkeit des späteren Einziehens des äußeren zylindrischen
Rings (3') zu gewährleisten.
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Der Grund der Nut (12), der den von dem Umfangsspiel (5')
freigelassenen Bereich begrenzt, muß das unter der Wirkung
dieser Querschnittsverminderung erfolgende Zurückdrängen des
volumetrisch fast nicht zusammendrückbaren elastomeren
Materials zulassen.
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Tatsächlich erreicht eine Verminderung, die 10% der Dicke
gegenüber der elastischen Buchse (1) erreichen kann, wegen deren
eindeutig größeren Dicke als der der elastischen Gelenke im
Stand der Technik, z. B. 1,4 mm im Durchmesser.
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Die Elastomerzusammensetzung wird dann auf die beiden Seiten
eines einen Teilabschnitt der elastischen Buchse (1)
darstellenden Ringes zurückgedrängt. Dieser Ring stellt eine freie
Fläche dar, die nur einen Bruchteil des von der elastischen
Buchse (1) dargebotenen geraden Abschnitts ist, da sie durch
jeden Axialflansch (4) begrenzt ist.
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Das Volumen der derart durch den Vorgang des Einziehens
zurückgedrängten Elastomerzusammensetzung kann drei
Kubikzentimeter für die beiden Seiten überschreiten. Daraus folgt, daß
der Grund der Nut (12) in bezug auf den Axialflansch (4) 3 bis
4 mm zurückgezogen sein muß, um die Gefahr eines Einklemmens
des elastischen Materials zwischen diesem letzteren und dem
als äußerer Beschlag dienenden Preßring (5') zu vermeiden.
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Durch den erhöhten Formfaktor erhält die elastischen Buchse
(1) diese freie eingezogene Fläche, die wegen ihrer gemäßigten
radialen Steifheit bei einer Abweichung aus der Mitte die
Nutzung einer sehr wirksamen Filterung ermöglicht, durch die sehr
große radiale Beanspruchungen aufgenommen werden können.
Andererseits könnte die elastische Buchse (1) allein keine
beträchtlichen axialen Beanspruchungen aushalten, denn es sind
nur die große Oberfläche und Dicke der den Axialflansch (4)
übergreifenden Schicht erheblicher Dicke, die eine wirksame
Filterung durch den Wert der Steifheit (K) wie auch das
Verhalten gegen gelegentlich ausgeübte axiale Beanspruchungen
gewährleisten.
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Gleichzeitig ermöglicht die elastische Buchse (1) selbst ein
Drehverhalten ohne Verdrillen, das ohne Kunstgriff dasjenige
von Ringen mit eingearbeiteter Gleitung erreicht.
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Um die Wirkung der Widerlager mit Spielsteuerung, das
Kennzeichen der Erfindung, zu gewährleisten, werden die bereits durch
eine geeignete Maschine radial eingezogenen Enden des äußeren
zylindrischen Rings (3') anschließend in ein angepaßtes
Werkzeug aufgenommen, das die notwendigerweise leicht konische
Form des eingezogenen Randes (8) fertig bearbeitet, wobei
durch Einwirken eines zylindrischen Teils des Werkzeugs, das
bis ins Innere der Verformung reicht, das andere Umfangsspiel
(9) (dargestellt in Fig. 1) um das endseitige Lager (10)
ausgebildet wird. Die Regulierung der Oberflächenkontakte
zwischen den Schichten erheblicher Dicke (7) und der Innenfläche
des eingezogenen Randes (8) ist unter Einhaltung des
Axialspiels (11) gewährleistet, um die gewollte Steifheit (K) zu
erfüllen.
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Ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes
elastisches Gelenk mit erhöhter Filterfähigkeit und Spielsteuerung
durch eingebaute Widerlager unterscheidet sich nicht
wesentlich von demjenigen für Drehzapfengelenke des Standes der
Technik.
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Die sich gegenüberliegenden Seiten des äußeren zylindrischen
Rings (3') und der als innerer Beschlag dienenden Innenhülse
(2) werden im Verlauf der Formung durch Injizieren oder
Einbringen in geschlossenen Formen für die innige Verbindung mit
dem Material der elastischen Buchse (1) mit den notwendigen
Klebern nach den bekannten Techniken überzogen.
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Die Herstellung der elastischen Buchse (1) erfolgt somit
gleichzeitig mit der Herstellung der Schichten erheblicher
Dicke (7) auf den Axialflanschen (4), ob nun die
Elastomerzusammensetzungen identisch oder verschieden sind.
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Die Durchmesserverminderung des äußeren zylindrischen Rings
(3') ist der nächste Schritt, in dem der endgültige
Durchmesser hergestellt wird, der zum späteren Einpressen für die
Montage des Teils dient.
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Die Formgebung der Enden stellt einen dritten Schritt dar.
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Der letzte Schritt ist der Schutz gegen Korrosion der Flächen,
die verformt wurden, üblicherweise herbeigeführt durch
chemische Behandlung bei einer mit der verwendeten
Elastomerzusammensetzung verträglichen Temperatur.
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Das elastische Gelenk mit erhöhter Filterfähigkeit und
Spielsteuerung durch eingebaute Widerlager ist dann fertig, um
damit
die Drehachse eines Aufhängungslenkers auszurüsten; z. B.
derjenigen der Gelenkpunkte von einem oder von
Dreieckslenker(n) in einer Aufhängung eines Fahrzeugs oder der von
Befestigungsmitteln für eine stoßsichere oder vibrationssichere
Benutzung bei empfindlichen Material, sei es verladen in einem
Fahrzeug oder auf einem Schiff, sei es angeordnet in der Nähe
einer Vibrationsquelle, z. B. in einer Werkstatt.
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So wird das fertiggestellte Teil durch einfaches Einpressen in
eine Bohrung - die die Positionierung am symmetrischen
Gleichgewichtspunkt (O) definiert - montiert, wobei die Veränderung
der die Erfindung kennzeichnenden Steifheit an das Teil
gebunden ist und nicht von den späteren Einstellungen äußerer
Widerlager abhängt, die nun überflüssig geworden sind.
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Die Vorteile des Gebrauchs der erfindungsgemäßen elastischen
Gelenke mit erhöhter Filterfähigkeit und Spielsteuerung durch
eingebaute Widerlager sind somit:
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- eine sehr viel bessere Antivibrations-Filterung, ohne die
Notwendigkeit, ein funktionsgemäßes Spiel durch unabhängige
Widerlager regeln zu müssen;
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- eine gute radiale Steifheit und ausgezeichnetes winkliges
Durchfedern durch Verwendung einer dicken elastischen
Buchse, ohne Reibungsflächen einbeziehen zu müssen;
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- gemäßigte konische Verformungen, bei jedoch guter Filterung,
ohne übertriebene konische Steifheit;
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- eine große Erleichterung der Einstellung bei der Herstellung
und Anpassungsfähigkeit durch Optimierung zwischen Steifheit
der Filterung und Widerstand gegen axiale Beanspruchungen,
ohne äußere Veränderung der Geometrie des Teils;
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- Fehlen von instabilen Bereichen und äußeren Widerlagern,
wodurch bei der Verwendung in der Fahrzeugaufhängung der
Fahrkomfort und die Straßenlage verbessert wird.