DE69701573T2

DE69701573T2 - Elastisches gelenk und dessen herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69701573T2
Application number: DE69701573T
Authority: DE
Inventors: Michel Gautheron; Alain Israel
Original assignee: Michelin AVS SAS
Current assignee: SumiRiko SD France SAS
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2017-06-14
Also published as: DE69701573D1; ES2143874T3; EP0904499A1; FR2749899B1; EP0904499B1; WO1997047897A1; FR2749899A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Gelenk mit einer inneren steifen Hülse und einer äußeren steifen Ummantelung in einer annähernd koaxialen Anordnung, zwischen denen eine Elastomerschicht angebracht ist. Bei dieser Art Gelenk ist im allgemeinen die innere Hülse mit einem feststehenden Teil und die äußere Ummantelung mit einem schwingungsfähigen Teil verbunden und können Schwingungen durch die Elastomerschicht gedämpft werden, indem diese einerseits bei einer Beanspruchung durch das Einwirken von Kräften mit einer axialen Komponente ein Ausfedern zwischen der Hülse und der äußeren Ummantelung in axialer Richtung und andererseits unter dem Einwirken von Kräften mit einer radialen Komponente einen Versatz der Achsen der Hülse und der Ummantelung und schließlich eine Drehung mit begrenztem Winkel zwischen der Hülse und der Ummantelung zuläßt.
Diese elastischen Gelenke werden insbesondere zur schwingungsdämpfenden Befestigung eines eingebauten oder stationären Bauteils verwendet. Um z. B. einen Motor auf dem Rahmen eines Fahrzeugs zu befestigen, bildet die Hülse eine Umhüllung für einen Befestigungsbolzen und ist die äußere Ummantelung in ein Rohr des Motorträgers eingepresst. Dieser Gelenktyp kann auch zur Befestigung eines Federarms an einer am Rahmen eines Fahrzeugs befestigten Gabel benutzt werden.
In dem Dokument FR-A-2 679 613 ist ein elastisches Gelenk vom oben angegebenen Typ beschrieben. Bei diesem Gelenk weist die innere zylindrische Hülse zwei ringförmige Kragen auf, die über deren Außenseite überstehen. Diese Kragen werden mit der Hülse aus einem einzigen Teil geformt und können z. B. gleichzeitig mit der Hülse bearbeitet werden, wenn diese aus Metall besteht. Die äußere Ummantelung wird von einem koaxial um die Hülse angeordneten Ring gebildet, wobei die jeweiligen Abmessungen der Kragen der Hülse und der äußeren Ummantelung derart gewählt sind, daß ein gewisses Ausfedern zwischen den Rändern der Kragen und der äußeren Ummantelung möglich ist. Die äußere Ummantelung ist zur Hülse hin umgebogen, so daß sie eine ringförmige Einziehung bildet, wobei auch ein Spiel zwischen dem Rand der Einziehung und der Außenseite der Hülse vorgesehen ist, um ein gewissen Ausfedern zu ermöglichen. Zwischen der Hülse und der Ummantelung ist eine Elastomerschicht angebracht. Diese Schicht besteht aus zwei Teilen: einem von zwei sich zwischen einem Kragen der Hülse und einer Einziehung der Ummantelung befindenden Teilen gebildeten Teil und einem sich zwischen den beiden Kragen befindenden Teil. Die Aufgabe der beiden sich zwischen den Kragen und den Einziehungen befindenden Teile besteht im wesentlichen darin, die eine axiale Komponente aufweisenden Schwingungen zu dämpfen, und der sich zwischen den beiden Kragen befindende Teil hat im wesentlichen die Aufgabe, die eine radiale Komponente aufweisenden Schwingungen zu dämpfen.
Gemäß diesem französischen Patent können die beiden Teile der Elastomerschicht aus identischen oder verschiedenen Elastomer- Zusammensetzungen bestehen. Die beiden Teile sind jedoch miteinander verbunden und immer durch gleichzeitiges Gießen miteinander verbunden. Unter diesen Bedingungen sind die verwendeten Elastomerzusammensetzungen entweder identisch oder müssen kompatibel sein, damit sie durch einen zweifachen Spritzguß hergestellt werden können. Die Auswahl der verwendbaren Polymer-Zusammensetzungen ist jedoch begrenzt. Infolgedessen ist es schwierig, die axialen Dämpfungs-Eigenschaften in Bezug auf die radialen Dämpfungs-Eigenschaften anders als durch Änderung der Form des zwischen der Einziehung und dem Kragen vorgesehenen Teils zu modifizieren, wobei diese Änderungen beschränkt sind.
Andererseits gibt es aufgrund der vorgesehenen Kragen nur ein geringes Spiel zwischen der Ummantelung und dem Rand der Kragen, so daß es schwierig, ja sogar unmöglich ist, beim Gießen der Elastomerschicht ausreichend um die Achse verteilte axiale Aussparungen zu erhalten, da es nicht genügend Platz gibt, um Einsätze zwischen die Ummantelung und die Hülse einzuschieben. Es ist also nicht möglich, die Federhärte der elastischen Schicht in einer oder mehreren radialen Richtungen so anzupassen, wie es zu wünschen wäre.
Schließlich ist im Hinblick auf die vorgesehenen Kragen die Übergangskehle zwischen dem Kragen und der äußeren Ummantelung für den sich zwischen den beiden Kragen befindenden Teil der Elastomerschicht angesichts des geringen Abstands nahezu dringend erforderlich, denn die Form einer solchen Kehle spielt eine große Rolle für das Ermüdungsverhalten des Elastomers. Außerdem ist es nicht möglich, die Größe der Kragen zu verringern, denn diese sind dazu bestimmt, als Endanschlag für die Verschiebung der Ummantelung in bezug auf die Hülse zu dienen, wenn die Verschiebung eine radiale Komponente aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elastisches Gelenk von der zuvor beschriebenen Bauart, mit dem es möglich ist, die zuvor beschriebenen Nachteile zu beseitigen.
Gegenstand der Erfindung ist folglich ein elastisches Gelenk mit erstens einer inneren steifen Hülse und einer äußeren steifen Ummantelung in einer koaxialen Anordnung, und zweitens einer zwischen der Hülse und der Ummantelung angebrachten Elastomerschicht, wobei die Hülse außen zwei ringförmige Kragen und die an ihren beiden Enden durch eine Einziehung angepaßte Ummantelung trägt und die Elastomerschicht von einer im Bereich zwischen den beiden Kragen angebrachten Muffe und von zwei Elastomerteilen gebildet ist, die zwischen jedem Kragen und der jeweils diesem benachbarten Einziehung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse auf ihrer Außenfläche zwei Absätze aufweist und daß die ringförmigen Kragen von zwei an den Absätzen anliegend aufgesteckten Unterlegscheiben gebildet sind, wobei das sich zwischen jedem Kragen und der benachbarten Einziehung angeordnete Elastomerteil von einem aus Elastomer bestehendem Ring gebildet ist und jeder dieser Ringe von einer der einer Einziehung der Ummantelung gegenüberliegenden Unterlegscheibe getragen wird.
Wie man sieht, sind erfindungsgemäß die von den beiden Unterlegscheiben getragenen Elastomerringe und die Muffe voneinander getrennt. Sie können somit ohne besondere Schwierigkeiten aus zwei oder drei verschiedenen Elastomerzusammensetzungen bestehen. Auf vorteilhafte Weise bestehen die von dem Unterlegscheiben getragenen Elastomerringe aus derselben Elastomerzusammensetzung und besteht die Muffe aus einer andersartigen Elastomerzusammensetzung. Insbesondere kann die Elastomerzusammensetzung, aus der die Muffe besteht, weniger steif sein als diejenige, aus der die von den Unterlegscheiben getragenen Ringe bestehen. Z. B. kann eine Mischung mit einer Härte von 70 Shore benutzt werden, um die mit den Unterlegscheiben verbundenen Elastomerringe herzustellen, und eine Mischung mit einer Härte von 50 Shore, um die Muffe herzustellen.
Auf diese Weise können also durch Verwendung unterschiedlicher Elastomerzusammensetzungen die axialen und radialen Dämpfungswerte an die jeweils vorgesehenen Verwendungszwecke eines elastischen Gelenks angepasst werden.
Die Unterlegscheibe kann aus Metall oder aus einem steifen Kunststoff bestehen.
Der Elastomerring ist vorzugsweise auf die Unterlegscheibe aufgelegt und festgeklebt. Es ist aber auch möglich, das Elastomer durch Beschichtung aufzubringen, z. B. auf einer metallenem oder aus einem steifen Kunststoff bestehenden Tafel, das an schließend zerschnitten wird. Der auf der Unterlegscheibe angebrachte Elastomerring kann die Form eines Rings mit gleichmäßiger Dicke haben, er kann aber auch eine andere Form haben, z. B., im radialen Querschnitt gesehen, die Form einer Viertelkreisfläche, wobei sich der dickste Teil am Außenrand der Unterlegscheibe befindet.
Außerdem kann der von der Unterlegscheibe getragene Elastomerring in Ruhestellung durch die Einziehung der Ummantelung zusammengedrückt sein, es kann aber auch auf einer oder auf beiden Seiten des Gelenks ein Spiel zwischen diesem Ring und der Einziehung der Ummantelung vorgesehen sein. Im ersten Fall unterliegt jede axiale Verschiebung der Ummantelung in bezug auf die Hülse einer elastischen Dämpfung. Im zweiten Fall kann eine freie axiale Verschiebung soweit stattfinden, bis der Elastomerring einer der Unterlegscheiben an der Einziehung der Ummantelung anliegt.
Die zwischen der Hülse und der Ummantelung im Bereich zwischen den Absätzen angeordnete Elastomermuffe wird durch Spritzen des Elastomermaterials zwischen die Hülse und die Ummantelung vor dem Anbringen der Unterlegscheiben eingegossen.
Auf diese Weise kann beim Gießen zwischen der Hülse und der Ummantelung an den Enden dieser Muffe eine Übergangskehle in einer gewünschten Form entsprechend der Art der benutzen Elastomerzusammensetzung, entsprechend den jeweiligen Abmessungen des Gelenks und entsprechend der vorgesehenen Verwendung des Gelenks ausgebildet werden, um so die Ermüdung der die Muffe bildenden Elastomerzusammensetzung zu verringern.
Außerdem ist es dadurch, daß das Gießen der Muffe vor dem Anbringen der Unterlegscheiben erfolgt, möglich, beim Gießen Einsätze zwischen die Hülse und die Ummantelung einzuführen, um auf diese Weise in dem Ring parallel zur Achse verlaufende verlängerte Ausnehmungen auszubilden. Diese Ausnehmungen sind vorzugsweise regelmäßig um die Achse verteilt. Solche Ausnehmungen vorzusehen hat den nachfolgend beschriebenen Vorteil: wenn man die gemeinsame Gelenk-Achse von Hülse und Ummantelung mit z und zwei radiale, in einer zur z-Achse senkrechten Ebene zueinander rechtwinklige Achsen mit x und y bezeichnet, dann sieht man, daß die radialen Dämpfungen in Richtung der x- und y-Achsen bei vorhandenen Ausnehmungen unterschiedlich sein können. Z. B. kann dann, wenn zwei um 180º zueinander versetzte Ausnehmungen ausgebildet werden, die Steifigkeit des Rings in Richtung der durch die beiden Ausnehmungen verlaufenden y-Achse geringer sein als in Richtung der darauf senkrecht stehenden x-Achse. Eine solche Ausgestaltung ist dann interessant, wenn x der Längsachse eines Fahrzeugs und y einer Querachse entspricht, da in einem Fahrzeug die Längs-Beschleunigungen sehr viel größer als die Querbeschleunigungen sind.
Erfindungsgemäß kann die Hülse an einem ihrer Enden oder an ihren beiden Enden eine trichterförmige Erweiterung aufweisen. Eine solche Erweiterung kann sich als notwendig für die Umgebung des Gelenks erweisen, wenn es in einem Fahrzeug verwendet wird.
Das erfindungsgemäße elastische Gelenk kann auf die folgende Art und Weise hergestellt werden:
- man stellt eine zylindrische, mit zwei Absätzen versehene Hülse, eine von einem zylindrischen Rohr gebildete Ummantelung mit einem größeren Durchmesser als dem der Hülse und Unterlegscheiben mit einem auf einer ihrer Seiten angeordneten Elastomerring unabhängig voneinander her;
- man formt in dem sich zwischen den beiden Absätzen befindenden Bereich zwischen der Hülse und der Ummantelung eine Elastomermuffe ein;
- man legt die Unterlegscheiben an den Absätzen der Hülse an, wobei die Elastomerringe so angeordnet werden, daß das Elastomermaterial nach außen gekehrt ist und
- man bördelt die Ränder der Ummantelung zur Hülse hin um, um so die Einziehungen auszubilden.
Wenn die Hülse wenigstens eine trichterförmige Erweiterung an einem ihrer Enden aufweist, ist diese Erweiterung nach der Anbringung der Unterlegscheiben ausgebildet worden. Die Anbringung der Unterlegscheiben wird vorteilhaft durch gewaltsames Aufziehen auf die Hülse herbeigeführt.
Die nachfolgende, lediglich der Veranschaulichung dienende, keinesfalls einschränkende Beschreibung der beiden Ausführungsformen der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Erfindung soll zu deren besserem Verständnis beitragen.
In dieser Zeichnung zeigt:
- Fig. 1 perspektivisch eine teilweise aufgebrochene erste Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 2 die Ausführungsform nach Fig. 1 im Axialschnitt;
- Fig. 3 perspektivisch eine teilweise aufgebrochene zweite Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3 im Axialschnitt;
- Fig. 5 eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie V-V in Fig. 4.
Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte elastische Gelenk ist als Ganzes mit der Bezugszahl 1 gekennzeichnet. Es hat eine innere steife, z. B. aus Metall bestehende Hülse 2 und eine koaxiale äußere steife, ebenfalls z. B. aus Metall bestehende Ummantelung 3, deren gemeinsame Achse mit z-z bezeichnet ist. Die im wesentlichen zylinderförmige Hülse 2 hat an ihren Enden jeweils eine trichterförmige Erweiterung 4a, 4b. Die zylindrische Hülse 2 besitzt in ihrem mittleren Teil einen Bereich größerer Dicke mit zwei symmetrischen Absätzen 5a, 5b auf dessen Außenseite.
An den Absätzen 5a, 5b liegen zwei Unterlegscheiben 6a, 6b an, von denen jede einen Elastomerring 7a, 7b trägt. Diese Unterlegscheiben 6a, 6b sind so angeordnet, daß jeder der Ringe 7a, 7b nach außen weist, d. h. zu einer der trichterförmigen Erweiterungen 4a, 4b der Hülse 2 hin. Sie sind gewaltsam auf die Hülse 2 aufgezogen.
Gemäß der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform haben die Ringe 7a, 7b einen Querschnitt in der Form der Fläche eines Viertelkreises, dessen maximale Dicke sich am Außenrand der Unterlegscheiben 6a, 6b befindet. Diese Querschnittsform hat den Vorteil, eine gute Progression zu ermöglichen.
Zwischen der Hülse 2 und der Ummantelung 3 befindet sich eine Muffe 8 aus Elastomer, die sich von der einen bis zur anderen Unterlegscheibe erstreckt. Die Muffe 8 erhält man durch Spritzguß im Bereich zwischen den beiden Absätzen 5a, 5b. An jedem Ende dieser Muffe ist eine ringförmige Übergangskehle 9a, 9b ausgebildet, die in der dargestellten Ausführungsform bei einem Schnitt durch eine radiale Ebene die Form eines Halbkreises aufweist. Die Muffe 8 ist auf bekannte Weise mit den Wandungen, zwischen die sie eingespritzt ist, fest verbunden, z. B. durch Verkleben.
Die Ummantelung 3 weist an jedem ihrer Enden eine Einziehung 10a, 10b auf. Zwischen dem Rand von jeder Unterlegscheibe 6a, 6b und der Ummantelung 3 ist ein radiales Spiel e und zwischen dem Rand der Einziehungen 10a, 10b der Ummantelung 3 und der Außenseite der Hülse 2 ein Spiel f vorgesehen, welches geringfügig größer als das Spiel e ist: diese Spiele e und f ermöglichen ein radiales oder konisches Ausfedern der Ummantelung 3 in bezug auf die Hülse 2.
Wenn das elastische Gelenk eingebaut ist, können die Elastomerringe 7a, 7b die axialen Verschiebungen der Ummantelung 3 in z-z-Richtung in bezug auf die Hülse 2 dämpfen. Zu solchen Verschiebungen kann es tatsächlich aber nur durch Schubbeanspruchung der Muffe 8 kommen und folglich ist die durch die Muffe 8 bewirkte axiale Dämpfung gering. Die axiale Bewegung der Ummantelung 3 ist dadurch, daß der Rand der Einziehung 10a, 10b an der trichterförmigen Erweiterung 4a, 4b der Hülse 2 anschlägt, begrenzt. Wesentliche Aufgabe der Muffe 8 ist es, Bewegungen mit einer radiale Komponente zu dämpfen. In dem Fall, in dem eine Kraft mit einer radialen Komponente auf die Ummantelung 3 einwirkt, oder wenn die Ummantelung senkrecht zur z-z-Achse verschoben wird, bis sie an den Unterlegscheiben 6a, 6b anschlägt, gelangt das zwischen der Einziehung 10a, 10b und der Hülse 2 vorgesehene Spiel e, das diese Bewegung zuläßt, beziehungsweise die Ummantelung 3 in bezug auf die z-z-Achse in eine Schräglage und neigen sich in bezug auf diese z-z-Achse, bis die Ummantelung 3 an der einen oder der anderen Unterlegscheibe 6a, 6b anschlägt.
Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform eines elastische Gelenks ist der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ähnlich. Das elastische Gelenk ist als Ganzes mit der Bezugszahl 101 bezeichnet und die mit den Teilen der ersten Ausführungsform ähnlichen Teile haben die um 100 erhöhten Bezugszahlen aus den Fig. 1 und 2.
Der Hauptunterschied zwischen der in den Fig. 3 und 4 und derjenigen in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß in der Elastomermuffe 108 zwei verlängerte parallele, um 180º zueinander versetzte Ausnehmungen ausgebildet sind, um dem Ring in einer radialen Ebene, die durch die in der Mitte der beiden Ausnehmungen 111 gelegenen Ebenen geht, eine geringere Steifigkeit zu geben. Außerdem hat die Hülse 102 in der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform nur eine trichterförmige Erweiterung 104 an einem ihrer beiden Enden.
Das elastische Gelenk 101 funktioniert auf die gleiche Weise wie das elastische Gelenk 1. Jedoch ermöglichen die beiden hier vorhandenen verlängerten Ausnehmungen 111 eine größere Dämpfung in Richtung der x-x-Achse als in Richtung der y-y-Achse (siehe Fig. 5).

Claims

1. Elastisches Gelenk (1, 101), mit erstens einer inneren steifen Hülse (2, 102) und einer äußeren steifen Ummantelung (3, 103) in einer koaxialen Anordnung, und zweitens einer zwischen der Hülse (2, 102) und der Ummantelung (3, 103) angebrachten Elastomerschicht, wobei die Hülse (2, 102) außen zwei ringförmige Kragen und die an ihren beiden Enden durch eine Einziehung (10a, 10b; 110a, 110b) angepaßte Ummantelung (3, 103) trägt und die Elastomerschicht von einer im Bereich zwischen den beiden Kragen angebrachten Muffe (8, 108) und von zwei Elastomerteilen gebildet ist, die zwischen jedem Kragen und der jeweils diesem benachbarten Einziehung angeordnet sind, durch gekennzeichnet, daß die Hülse (2, 102) auf ihrer Außenfläche zwei Absätze (5a, 5b; 105a, 105b) aufweist und daß die ringförmigen Kragen von zwei an den Absätzen anliegend aufgesteckten Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) gebildet sind, wobei das sich zwischen jedem Kragen und der benachbarten Einziehung angeordnete Elastomerteil von einem aus Elastomer bestehendem Ring (7a, 7b; 107a, 107b) gebildet ist und jeder dieser Ringe (7a, 7b; 107a, 107b) von einer der einer Einziehung (10a, 10b; 110a, 110b) der Ummantelung (3, 103) gegenüberliegenden Unterlegscheibe (6a, 6b; 106a, 106b) getragen wird.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) getragenen Ringe (7a, 7b; 107a, 107b) und die Muffe (8, 108) aus zwei oder drei verschiedenen Elastomerkomponenten bestehen.

3. Gelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) getragenen Ringe (7a, 7b; 107a, 107b) aus derselben Elastomerzusammensetzung bestehen, während die Muffe (8, 108) aus einer anderen Zusammensetzung besteht.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der von einer Unterlegscheibe (6a, 6b; 106a, 106b) getragenen Ringe (7a, 7b; 107a, 107b) von der ihm benachbarten Einziehung (10a, 10b; 110a, 110b) der Ummantelung (3, 103) zusammengedrückt wird.

5. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (108) parallel zu ihrer Achse verlaufende Aussparungen (111) aufweist.

6. Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (111) gleichmäßig um die Achse der Muffe (108) verteilt sind.

7. Gelenk nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (108) zwei in bezug auf die Achse der Muffe (108) symmetrische Aussparungen (111) aufweist.

8. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2, 102) an wenigstens einem ihrer Enden eine Erweiterung (4a, 4b; 104a) aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines elastischen Gelenks nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß man eine zylindrische, mit zwei Absätzen (5a, 5b; 105a, 105b) versehene Hülse (2, 102), eine von einem zylindrischen Rohr gebildete Ummantelung (3, 103) mit einem größeren Durchmesser als dem der Hülse (2, 102) und Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) mit einem auf einer ihrer Seiten angeordneten Elastomerring (7a, 7b; 107a, 107b) unabhängig voneinander herstellt;

- daß man in dem sich zwischen den beiden Absätzen (5a, 5b; 105a, 105b) befindenden Bereich zwischen der Hülse (2, 102) und der Ummantelung (3, 103) eine Elastomermuffe (8, 108) einformt;

- daß man die Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) an den Absätzen (5a, 5b; 105a, 105b) der Muffe (2, 102) anlegt, wobei die Elastomerringe (7a, 7b; 107a, 107b) so anordnet werden, daß das Elastomermaterial nach außen gekehrt ist und

- daß man die Ränder der Ummantelung (3, 103) zur Hülse (2, 102) hin umbördelt, um so die Einziehungen (10a, 10b; 110a, 110b) auszubilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Anbringen der Unterlegscheiben (6a, 6b; 106a, 106b) an wenigstens einem Ende der Hülse (2, 102) eine Erweiterung ausbildet (4a, 4b; 104a)