DE69212857T2

DE69212857T2 - Isolationsvorrichtung mit verbessertem symmetrischem Ansprechen auf Stoss- und Schwingungskräfte

Info

Publication number: DE69212857T2
Application number: DE69212857T
Authority: DE
Inventors: Max Barrasso; Eric Jansson; Raymond E Snaith
Original assignee: Aeroflex International Inc
Current assignee: Vibration Mountings & Controls Inc Bloomingdale
Priority date: 1991-02-11
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2012-02-11
Also published as: US5149066A; EP0499518B1; DE69212857D1; CA2059019C; CA2059019A1; JPH05106684A; EP0499518A1

Description

Stand der Technik

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein einen Isolator zum Schutz vor Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen Konstruktionen und insbesondere einen Isolator mit einem verbesserten symmetrischen Ansprechen auf Stoß- und Schwingungskräfte, die aus verschiedenen Richtungen auf den Isolator ausgeübt werden.

2. Beschreibung verwandter Technik

Isolatoren zum Schutz eines befestigten Gegenstands oder einer Tragkonstruktion, wie z.B. eines Geräteschranks, vor von einer weiteren Konstruktion, wie z.B. einem sich bewegenden Fahrzeug, ausgeübten Stoß- und Schwingungskräften sind allseits bekannt und in vielen industriellen und militärischen Anwendungen benutzt worden. US-Patent Nr. 4,190,227 und 4,783,038 stellen Beispiele für längliche stabförmige Isolatoren mit bogenförmgen Biegeelementen dar, die gemeinsam ein erstes federcharakteristisches Ansprechen auf Stoß- und Schwingungskräfte entlang einer Längsrichtung eines jeweiligen Isolators und ein zweites anderes federcharakteristisches Ansprechen auf derartige, entlang einer allgemein zu der Längsrichtung senkrechten Querrichtung gerichtete Kräfte liefern. US-Patent Nr. 4,269,490 ist ein Beispiel für einen einstückigen, geformten, Elastomer- oder Kunststoffisolator, der aus mehrfach verschachtelten Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei die Zahl der Abschnitte gewählt ist, um ein gewünschtes federcharakteristisches Ansprechen zu erzielen. Die europäische Patentanmeldung Nr. 83108900.8 (Veröffentlichungsnummer 0 124 640) offenbart einen Isolator, der spiralförmig gewickelte und/oder halbkreisförmig gewickelte Drahtkabel verwendet.
Vor allem FR-A-2033193 offenbart einen Isolator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Zusammenfassung der Erfindung

1. Aufgaben der Erfindung

Es ist eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung, den Stand der Technik von kraftdämpfenden Isolatoren voranzubringen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine gleichmäßigere Federcharakteristik für einen Isolator bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, den Isolator von der Richtung, aus der die Stoß- und Schwingungskräfte stammen, unabhängiger zu machen.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine verbesserte seitliche Stabilität für einen Isolator bereitzustellen.
Weiterhin ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen langlebigen Isolator mit einer harten Konstruktion für einen wirksamen Schutz vor Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen Konstruktionen bereitzustellen.

2. Merkmale der Erfindung

In Einklang mit diesen und weiteren Aufgaben, die nachfolgend ersichtlich werden, liegt - kurz gesagt - ein Merkmal dieser Erfindung in einem Isolator zum Schutz vor Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen Konstruktionen, wie z.B. einer sich bewegenden Konstruktion und einer Tragkonstruktion, die auf der sich bewegenden Konstruktion anzubringen ist.
Der Isolator umfaßt eine Basis, die mit einer der Konstruktionen verbindbar ist und einen äußeren Randbereich aufweist. Der Isolator schließt auch einen erhöhten Halter ein, der mit einer anderen der Konstruktionen verbindbar ist und einen äußeren Randabschnitt aufweist. Der erhöhte Halter ist entlang einer vorherbestimmten Achse betrachtet um eine Entfernung von der Basis beabstandet.
Mehrere bogenförmige, einzelne Elemente als Biegehalterung sind um die vorherbestimmte Achse kreisförmig angeordnet und spannen sich über die Entfernung zwischen der Basis und dem erhöhten Halter. Jedes bogenförmige Element weist ein Ende, das mit dem äußeren Randabschnitt des erhöhten Halters verbunden ist, und ein gegenüberliegendes Ende auf, das mit dem äußeren Randbereich der Basis verbunden ist. Die bogenförmigen Elemente sind gespannt und biegen sich aus einer Ruheposition als Antwort auf die Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen den Kontruktionen und kehren in die Ruheposition zurück, wenn die Kräfte nachgelassen haben.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die Basis eine tellerförmige Konfiguration und einen im allgemeinen ebenen Besisbereich und einen ringförmigen Seitenbereich auf, der sich entlang einer geneigten Achse von dem Basisbereich weg erstreckt. Der erhöhte Halter weist eine kreisförmige Konfiguration auf und ist in Bezug auf die vorherbestimmte Achse zu der Basis konzentrisch. Die bogenförmigen Elemente sind um die vorherbestimmte Achse gleichwinklig angeordnet.
Aufgrund der symmetrischen Anordnung der bogenförmigen Elemente sowie der symmetrischen Konfigurationen des Halters und der Basis wird die Federansprechcharakteristik des Isolators unabhängig davon, aus welcher Richtung die Stoß- und Schwingungskräfte ausgehen, nahezu gleichmäßig sein.
Darüber hinaus ist der ringförmige Seitenbereich mit einer äußeren ringförmigen Stirnwand versehen, die sich im allgemeinen senkrecht zu der geneigten Achse erstreckt. Jedes gegenüberliegende Ende der bogenförmigen Elemente tritt durch die Stirnwand in den ringförmigen Seitenbereich. Die Befestigung der bogenförmigen Elemente an der geneigten Seitenwand, die vorzugsweise unter einem Winkel von 45º zu der Horizontalen ausgerichtet ist, liefert eine erhöhte seitliche Stabilität gegenüber Stoß- und Schwingungskräften, die von den verschiedenen Seiten des Isolators ausgehen.
Die Enden jedes bogenförmigen Elements sind z.B. durch eine Klebeverbindung oder durch Einklemmen an den äußeren Rändern des Halters und der Basis gesichert. Andere Mittel zum Verankern der Enden der bogenförmigen Elemente an ihrem Platz sind auch ins Auge gefaßt.
Die neuartigen Merkmale, die als für die Erfindung charakteristisch angesehen werden und zu einem Isolator mit einer erhöhten seitlichen Stabilität gegenüber quergerichteten Stoß- und Schwingungskräften führen, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst wird jedoch sowohl hinsichtlich ihrer Konstruktion als auch ihrer Betriebsweise, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen, am besten anhand der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Isolators gemäß dieser Erfindung von vorne, von der Seite und von oben;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Aufsicht von Fig. 1; und
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von Fig. 1, die den zwischen Konstruktionen angebrachten Isolator zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen kennzeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen Isolator mit einem verbesserten symmetrischen federcharakteristischen Ansprechen auf Stoß- und Schwingungskräften gemäß dieser Erfindung. Der Isolator 10 schließt eine im allgemeinen tellerförmige Basis mit einem im allgemeinen ebenen kreisförmigen Basisbereich 12 und einen ringförmigen Seitenbereich 14 ein, der sich entlang einer geneigten Achse A (siehe Fig. 3) unter irgendeinem spitzen Winkel θ von 0 bis 90º, vorzugsweise 45º relativ zu der Horizontalen, d.h. der Ebene erstreckt, in der der Basisbereich 12 liegt. Die geneigte Seitenwand 14 weist eine innere ringförmige Fläche 16 und eine äußere ringförmige Fläche 18 auf, die sich zueinander parallel entlang der geneigten Achse erstrekken. Eine ringförmige Randstirnwand 20 erstreckt sich zwischen den inneren und äußeren Flächen 16, 18 in einer zu der geneigten Achse im allgemeinen senkrechten Richtung. Mehrere Blindbohrungen 22 sind um eine zentrale vertikale Achse B, die senkrecht zu dem Basisbereich 12 ist, gleichwinklig angeordnet. Jede Bohrung 22 erstreckt sich von der Stirnwand 20 über eine begrenzte Entfernung in die Seitenwand 14 hinein.
Die tellerförmige Basis ist z.B. durch mit Gewinden versehene Befestigungselemente 24 an eine Konstruktion 26, z.B. ein sich bewegendes Fahrzeug, das Schwingungs- und Stoßkräften ausgesetzt ist, gesichert. Es erstrecken sich Löcher 28 durch den Basisbereich 12, damit die Befestigungselemente 24 sich dort hindurch erstrecken und mit Muttern 30 in Schraubeingriff stehen können. Andere Arten von Befestigungselementen befinden sich innerhalb des Erfindungsgedankens.
Der Isolator 10 schließt außerdem einen kreisförmigen erhöhten Halter 32 mit einer äußeren Randstirnwand 34 ein. Der Halter 32 befindet sich, entlang der zentralen Achse B betrachtet, in einer zu dem Basisbereich 12 im allgemeinen parallelen und konzentrischen Ebene. Der Halter 32 ist in der in durchgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigten Ruheposition um eine konstante Entfernung von dem Basisbereich 12 beabstandet. Es sind mehrere Blindbohrungen 36 um die zentrale, im allgemeinen zu dem Halter 32 senkrechten Achse B gleichwinklig angeordnet. Jede Bohrung 36 erstreckt sich über eine begrenzte Entfernung von der Stirnwand 34 in den Halter 32.
Der Halter 32 ist z.B. durch ein Befestigungselement 38 an einer vor Schwingungs- und Stoßkräften, die von der beweglichen Konstruktion 26 erzeugt werden, zu schützenden Tragkonstruktion 40, z.B. einem Gegenstand oder einem Geräteschrank gesichert. Ein Loch 42 erstreckt sich durch den Halter 32, um das Befestigungselement 38 sich dort hindurch erstrecken zu lassen und eine Mutter 43 in Schraubverbindung einzugreifen. Andere Arten von Befestigungselementen befinden sich auch innerhalb des Erfindungsgedankens. Die Konstruktionen 26, 40 können in ihren in Fig. 3 dargestellten Positionen umgekehrt werden.
Mehrere bogenförmige, einzelne, Elemente 44 als Biegehalterung sind kreisförmig und symmetrisch um die zentrale Achse B angeordnet. Jedes bogenförmige Element 44 spannt sich über die Entfernung zwischen der Basis und dem erhöhten Halter. Jedes bogenförmige Element 44 weist ein Ende 46 auf, das mit dem Halter 32 verbunden ist. Zum Beispiel ist jedes Ende 46 vollständig in die Bohrung 36 eingesetzt und darin durch ein Epoxidharz 50 an seinen Platz geklebt. Jedes bogenförmige Element 44 weist ein gegenüberliegendes Ende 48 auf, das mit der Basis verbunden ist. Zum Beispiel ist jedes Ende 48 vollständig in eine jeweilige Bohrung 22 eingesetzt und darin entweder durch ein zuvor beschriebenes Epoxidharz oder durch irgend anderes Mittel, zum Beispiel ein Einklemmverfahren gesichert, bei dem die inneren und äußeren Flächen 16, 18 des geneigten Seitenbereichs 14 unter Druck zusammengeklemmt und verformt werden, um Widerhaken 52 zu bilden, die das jeweilige Ende 48 eines jeweiligen bogenförmigen Elements 44 beißend eingreifen. Beideenden 46, 48 jedes bogenförmigen Elements können an ihren Platz geklebt oder eingeklemmt oder durch andere Arten von Sicherungsverbindungen in ihren jeweiligen Bohrungen verankert werden.
Jedes bogenförmige Element ist eine gespannte Feder, die vorzugsweise aus wenigstens einem Stahldraht und vorzugsweise mehreren Stahldrähten gebildet ist, die in Form eines Litzenseils gewickelt sind. Jedes bogenförmige Element 44 biegt sich als Antwort auf die Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen den Konstruktionen 26, 40 aus der in durchgezogenen Linien in Fig. 3 gezeigten Ruheposition in eine Mehrzahl von gebogenen Positionen, von denen eine in gestrichelten Linien in Fig. 3 gezeigt ist. Die Elemente 44 bringen den Isolator in die Ruheposition zurück, wenn die Kräfte nachgelassen haben. Obwohl der Isolator mit acht bogenförmigen Elementen dargestellt worden ist, befinden sich auch mehr oder weniger Elemente innerhalb des Erfindungsgedankens.
Die symmetrische Anordnung der bogenförmigen Elemente, die einer spinnenähnlichen Konfiguration ähnelt, sowie die symmetrischen Konfigurationen des Halters und der Basis liefern unabhängig davon, aus welcher Querrichtung die Stoß- und Schwingungskräfte stammen, eine gleichmäßigere Federansprechcharakteristik des Isolators. Die Befestigung der bogenförmigen Elemente an dem geneigten Seitenbereich 14 der Basis liefert auch eine erhöhte seitliche Stabilität bezüglich quergerichteter Stoß- und Schwingungskräfte. Die seitliche Stabilität wird durch die tellerförmige Konfiguration der Basis, insbesondere durch die geneigte Stirnwand 20 verstärkt, die die zentrale Achse in einer größeren radialen Entfernung als die Stirnwand 34 kreisförmig umgibt.
Es wird verständlich sein, daß jedes der oben beschriebenen Elemente, oder zwei oder mehr gemeinsam, auch eine nützliche Anwendung in anderen Arten von Konstruktionen, die von den oben beschriebenen Arten abweichen, finden wird/werden.
Während die Erfindung in Verkörperung eines Isolators mit verbessertem symmetrischen Ansprechen auf Stoß- und Schwingungskräfte dargestellt und beschrieben worden ist, soll sie nicht auf die gezeigten Einzelheiten beschränkt sein, da zahlreiche Modifikationen und Konstruktionsänderungen durchgeführt werden können, ohne in irgendeiner Weise von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ohne eine weitere Analyse wird das vorangehende das Wesentliche der vorliegenden Erfindung so vollständig zeigen, daß andere sie mit ihrem Wissen leicht für verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne Merkmale wegzulassen, die, vom Stand der Technik ausgehend, ziemlich wesentliche Eigenschaften der gattungsgemäßen oder speziellen Aspekte dieser Erfindung bilden, und somit sind derartige Anpassungen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der folgenden Ansprüche zu verstehen.
Was als neu beansprucht wird und durch ein Patent geschützt werden soll, ist in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.

Claims

-1. Ein Isolator (10) zum Schutz vor Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen Konstruktionen, mit:

(a) einer tellerförmigen Basis (12, 14), die mit einer der Konstruktionen verbindbar ist und einen äußeren Randbereich (14) aufweist;

(b) einem erhöhten Halter (32, 34), der mit einer anderen der Konstruktionen verbindbar ist und einen äußeren Randabschnitt (34) aufweist, wobei der erhöhte Halter (32, 34) entlang einer vorherbestimmten Achse (B) betrachtet um eine Entfernung von der Basis (12, 14) beabstandet ist; und

(c) mehreren bogenförmigen, einzelnen Drahtelementen (44) als Biegehalterung, die kreisförmig um die vorherbestimmte Achse (B) angeordnet sind und sich über die Entfernung zwischen der Basis (12, 14) und dem erhöhten Halter (32, 34) spannen, wobei jedes bogenförmige Drahtelement (44) ein Ende (46), das innen innerhalb des erhöhten Halters (32) verbunden ist und sich hinter dem äußeren Randabschnitt (34) des erhöhten Halters (32, 34) erstreckt, und ein gegenüberliegendes Ende (48) aufweist, das innen innerhalb der Basis (12, 14) verbunden ist und sich hinter dem äußeren Randbereich (14) der Basis (12, 14) erstreckt, ferner die bogenförmigen Drahtelemente (44) gespannt sind und sich aus einer Ruheposition als Antwort auf die Übertragung von Stoß- und Schwingungskräften zwischen den Konstruktionen biegen, und in die Ruheposition zurückkehren, wenn die Kräfte nachgelassen haben; dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (12, 14) einen im allgemeinen ebenen Basisbereich (12) und einen ringförmigen Seitenbereich (14) aufweist, der sich entlang einer geneigten Achse (A) unter einem spitzen Winkel relativ zu dem Basisbereich (12) erstreckt, wobei der ringförmige Seitenbereich (14) eine äußere ringförmige Stirnwand (20) aufweist, die sich im allgemeinen senkrecht zu der geneigten Achse (A) erstreckt, und jedes gegenüberliegende Ende (46, 48) der bogenförmigen Drahtelemente (44) durch die äußere ringförmige Stirnwand (20) in den ringförmigen Seitenbereich (14) tritt, wobei die geneigte Stirnwand (20) die Mittelachse in einer größeren radialen Entfernung als der kreisförmige Randabschnitt der erhöhten Halter kreisförmig umgibt.
2. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (12, 14) einen im allgemeinen ebenen Basisbereich (12) aufweist, und der erhöhte Halter (32) eine im wesentlichen ebene Konfiguration (32) aufweist, und die vorherbestimmte Achse (B) sich senkrecht zu dem im allgemeinen ebenen Basisbereich (12) und dem im allgemeinen ebenen erhöhten Halter (32) erstreckt, und die bogenförmigen Drahtelemente (44) gleichwinklig und symmetrisch um die vorherbestimmte Achse (B) angeordnet sind.
3. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel (A) in dem Bereich von 0º bis 90º liegt.
4. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhöhte Halter (32, 34) eine kreisförmige Gestalt aufweist, und der äußere Randabschnitt (34) einen äußere ringförmige Wand (34) aufweist, und jedes besagte eine Ende der bogenförmigen Drahtelemente (44) durch die äußere ringförmige Wand (34) in den erhöhten Halter (32, 34) tritt.
5. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes bogenförmige Drahtelement (44) ein Strang aus Metalldrähten ist.
6. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Randbereich (14) kreisförmig ist und einen bestimmten Durchmesser aufweist, und der äußere Randabschnitt (34) kreisförmig ist und einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der bestimmte Durchmesser ist.
7. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (46, 48) jedes bogenförmigen Drahtelements (44) innerhalb der Basis (12, 14) und des erhöhten Halters (32, 34) durch eine Klebeverbindung gesichert sind.
8. Der Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (46, 48) jedes bogenförmigen Elements (44) an dem äußeren Randbereich (14) und dem äußeren Randabschnitt (34) geklemmt sind.