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Elastisches Motorlager
Die Erfindung betrifft ein elastisches Motorlager fUr Antriebsmotoren in Strassen-, Schienen-, Wasserund Luftfahrzeugen, bei dem zwischen einem inneren keilförmigen Metallkörper und einem äusseren trogartigen, mit Befestigungsflanschen versehenen Metallteil Körper aus Gummi oder einem andern elastischen Werkstoff, kurz Gummikörper, festhaftend eingearbeitet, z. B. einvulkanisiert sind.
Es sind elastische aus aneinandergehaftetem Gummi und Metall gefertigte Motorlager bekannt, bei denen ein mittlerer keilförmiger Metallkörper durch seitlich anvulkanisierte Gummikörper mit einem äusseren trogartigen, als Halter ausgebildeten Metallteil, verbunden ist. Diese Motorlager sind so ausgeführt, dass die äusseren Metallteile keine Verbindung besitzen oder nur über eine Bodenplatte miteinander verbunden sind. Da bei Belastung des Motorlagers in vertikaler Richtung infolge der keilartigen Anstellung im Gummikörper starke Druckkräfte auftreten, die sich auf die äusseren Metallteile auswirken, sind letztere starken Biegebeanspruchungen ausgesetzt. Diese Biegekräfte üben auch auf die Befestigungsflansche und die durchgehende Bodenplatte ein grosses Biegemoment aus.
Daher müssen die äusseren Metallteile, Bodenplatte und Befestigungsschrauben dieser bekannten Lager sehr kräftig gehalten und in vielen Fällen mit Rippen versehen werden, um den Biegekräften gewachsen zu sein. Der äussere Metallteil ist daher sehr schwer und häufig auch so kompliziert, dass seine Aufnahme in der Vulkanisierform Schwierigkeiten macht Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführungen liegt darin, dass bei seitlichen Kräften, die den Gummi rein auf Schub beanspruchen, keine Begrenzung gegeben ist, die eine Zerstörung bei Überlastung verhindern kann.
Bekannt sind ferner ähnliche, konische, aus Gummi und Metall bestehende Motorlager, bei denen ein innerer konischer Metallkörper über einen ringförmigen Gummikörper mit einem äusseren konischen Gehäuse verbunden ist. Bei dieser Ausführung können die durch die Keilwirkung hervorgerufenen, auf den Aussenteil wirkenden Druckkräfte aufgenommen werden, ohne dass dieser wesentliche Biegebeanspruchungen erhält. Der Nachteil dieser Ausführung ist jedoch, dass die Haftfläche am Innenkonus wesentlich kleiner als die äussere Haftfläche ist und daher ungleiche Beanspruchungen an den inneren und äusseren Haft- flächen auftreten. Um dies zu vermeiden, muss der Innenkonus eine grosse Länge aufweisen und das Lager erhält dadurch eine ungünstige Höhe.
Weiterhin ist diese Ausführung in radialer Richtung sehr weich, da die Druckfläche, die der projizierten Fläche des Innenkonus entspricht, nur klein ist. Es ist also nur wenig geeignet, Massenkräfte in horizontaler Richtung beim Bremsen und Beschleunigen des Motors aufzunehmen. Auch schwingungsmässig ist ein solches Lager in vielen Fällen ungünstig, da es in seitlicher Richtung zu hart ist und auch gegen ein Verkanten des mittleren Metallteiles relativ hart ist. Es kann aus diesen Gründen Drehschwingungen des gelagerten Motors nicht mit der erwünschten niedrigen Eigenschwingungszahl aufnehmen.
Weiterhin ist ein elastisches Lager mit einem Gummikörper bekannt, dessen Haftflächen im vertikalen Längsschnitt stark gewölbt sind. Dadurch wird der Gummikörper bei Vertikalbelastung im oberen Teil vorwiegend auf Druck, im unteren Teil jedoch nur auf Schub beansprucht. Derartige Lager sind der grossen vertikalen Druckkomponente wegen in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung unmittelbarer Belastung hart
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und stark progressi und besitzen dadurch eine steile und progressive Federkennlinie. Seitlich ist das bekannte Lager extrem weich und vermittelt ein geradliniges Diagramm, weil sein Gummikörper reiner Schubbeanspruchung ausgesetzt ist. Diese Nachteile werden auch dadurch nicht gemindert, wenn die Metallteile mittels durchlaufender Stege miteinander verbunden sind.
Bei einem weiteren bereits bekannten elastischen Lager sind die äusseren und inneren Metallteile, die an elastische Gummikörper angehaftet sind, konvex bzw. konkav gestaltet. Die bei vertikaler Belastung des inneren Metallkörpers im elastischen Gummikörper senkrecht zu den Haftflächen hervorgerufenen Druckkräfte können sich hiebei nicht ausgleichen und beanspruchen die äusseren Metallteile des Lagers sehr stark auf Biegung. Dasselbe gilt bei der Aufnahme von Massenkräften beim Bremsen und Anfahren des Fahrzeuges. Die Metallteile des Lagers können daher in der Praxis nicht als einfache, aber sehr steife und widerstandsfähige Blechziehteile gestaltet werden, sondern müssen die Ausführung schwerer, zusätzlich durch Rippen verstärkter Gussteile erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten elastischen Lager zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Kombination einzeln an sich bekannter Merkmale : a) An den Gummikörper angehaftete Wandungen der äusseren trogartigen und inneren keilförmigen Metallteile verlaufen im vertikalenLängsschnitt keilförmig und im horizontalen Querschnitt konvex bzw.
konkav, wobei der Gummikörper im Querschnitt parallellaufende Haftflächen aufweist, b) die äusseren trogartigen Metallteile sind beidseitig mittels durchlaufender Stege miteinander verbunden und die seitlichen Stirnflächen der inneren keilförmigen Metallteile und der Gummikörper sind gegenüber den verbindenden Stegen der äusseren Metallteile frei beweglich angeordnet und c) die äusseren trogartigen Metallteile bilden zusammen mit den durchlaufenden verbindenden Stegen im horizontalen Querschnitt ein geschlossenes, nach oben und unten offenes Gebilde.
Bei dieser erfindungsgemässen Gestaltung wird der elastische Gummikörper an allen Stellen gleichmässig auf Schub und Druck beansprucht. Durch diese Spannungskombination wird das Auftreten von Biegespannungen vermieden, eine hohe Festigkeit erreicht und bei Vertikalbelastung ein für die Schwingungsisolation erwünschtes geradlinig ansteigendes Diagramm erreicht. Zugleich wird für seitliche, quer zur Fahrtrichtung liegende Bewegungen des Motors ein anfänglich weiches, später aber progressives Federdiagramm erzielt, mit der Wirkung, dass bei den relativ kleinen Schwingungsausschlägen eine nur kleine Federkonstante wirksam wird, die eine niedrige Eigenfrequenz zur Folge hat.
Zugleich wird jedoch bei stärker auftretenden Seitenkräften beim Kurvenfahren infolge der dann eintretenden Massenbeschleunigung die Bewegung in seitlicher Richtung durch ein progressives Federdiagramm in tragbaren Grenzen gehalten. Dies insbesondere deshalb, weil bei grösseren seitlichen Bewegungen zu der Schubbeanspruchung im elastischen Körper noch eine Druckkomponente hinzukommt. Diese Wirkung wird durch eine nur schwachballige konkav-konvexe Ausbildung der Metallteile erreicht. Gleichzeitig können sich die bei Vertikalbelastung im elastischen Körper hervorgerufenen Druckkräfte ebenso wie die beim Bremsen und Abfahren in Fahrtrichtung auftretenden Massenkräfte durch die die äusseren Metallteile verbindenden durchlaufenden Stege senkrecht zu den Haftflächen ausgleichen.
Das erfindungsgemässe Lager hat in Fahrtrichtung eine grosse, auf Druck beanspruchte Fläche, die in Fahrtrichtung eine grosse Steifigkeit bewirkt und dadurch den Motor ohne weitere Anschläge einwandfrei führt. Die Ausbildung der äusseren Metallteile als ein im horizontalen Querschnitt geschlossenes, nach oben und unten offenes Gebilde erleichtert die Fertigung und gestattet die Anbringung von Federwegbegrenzungen nach beiden Richtungen.
Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge weist der zu einem Befestigungsflansch ausgezogene äussere trogartige Metallteil in der Nähe seines Flansches in der Längsachse des Lagers liegende, als Anschlag dienende Ausbeulungen auf und eine schmale, aber biegesteife, an der Unterseite des mittleren Keilstücks befestigte, in Längsrichtung des Lagers verlaufende metallische Anschlagleiste. Anschlagleisten der beschriebenen Ausführung legen sich bei abhebenden Kräften infolge grosser Drehmomente mit den kleinen Auflageflächen an ihrem Ende fast punktförmig an die in der Längsachse des Lagers liegenden, als Anschlag dienenden Ausbeulungen an. Sie ersetzen damit eine Drehmomentstütze.
Infolge der Drehbewegung des Motors führt der innere, keilförmige Metallkörper mit der daran befestigten Anschlagleiste keine reine Vertikal bewegung aus sondern eine verkantende Bewegung, bei der sich der innere Metallteil um eine parallel zur Motorlängsachse laufende Linie verdreht. Da die Auflagepunkte der Anschlagleiste in der Längsachse liegen, wird die Wirkung und Beanspruchung der Anschlagleiste durch die verkantende Bewegung nicht beeinträchtigt. Runde Anschlagteller bekannter Ausführung werden bei abhebenden Kräften durch dieDrehschwingung des Motors an der Aussenseite in nur einem Punkt beansprucht. Der Anschlagteller und Kopf der Befestigungsschraube erhalten starke Biegespannungen.
Erfahrungsgemäss werden Anschlagteller und Schraubenkopf bei derartigen Ausführungen schnell zerstört, da im Anschlagteller Biegebrüche auf-
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treten und der Schraubenkopf abreisst oder sich lockert. Die an dem inneren keilförmigen Metallkörper befestigte Anschlagleiste kann nach der Erfindung an ihrer Unterseite mit aufvulkanisierten elastischen Anschlagpuffern versehen sein. Die Anbringung der Anschlagpuffer an der Anschlagleiste bringt den Vorteil, dass keine obere Anschlagplatte, d. h. ein weiterer Montageteil zusätzlich erforderlich ist. Auch können die Puffer an der nachträglich mit dem Lager verbundenen Anschlagleiste für verschiedene Motortypen oder Lagerpunkte unterschiedlich hoch gewählt werden, ohne dass das Lager selbst verändert werden muss.
Auch hinsichtlich der Geräuschdämpfung ist diese Ausführung vorteilhafter als eine obere Anschlagplatte, weil bei ihr auch bei grössten Kräften eine isolierende Gummischicht vorhanden ist.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Grundzuge dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Motorlager, Fig. 2 den Querschnitt zum Motorlager nach Fig. l, Fig. 3 die Draufsicht des Motorlagers nach Fig. l, Fig. 4 den Längsschnitt durch eine andere Ausführung des Motorlagers, Fig. 5 den Querschnitt durch die Ausführung des Motorlagers nach Fig. 4 und Fig. 6 die Draufsicht des Motorlagers nach Fig. 4.
Nach den Fig. 1-3 sind zwei keilförmig zueinander liegende Gummikörper 1, 2 mit parallelen Wänden an ihren zueinandergekehrten Seiten auf einen keilförmigen, z. B. aus Leichtmetall gefertigten, Metallkörper 3 aufvulkanisiert, der mit einer eingegossenen Stahlbuchse 4 versehen ist. Die Buchse 4 ist aus Sechskantmaterial hergestellt, dessen oben überstehendes Ende als Schlüsselansatz dient.
Die Aussenwände der Gummikörper sind an trogförmigen Metallteilen 5, die als Tiefziehteil ausgebildet sind, anvulkanisiert. Die trogförmigen Metallteile 5 weisen in Längsrichtung verlaufende Verbindungsstege 6 auf, die nicht mit den tragenden Gummikörpern 1 und 2 verbunden sind. An der Unterseite des keilförmigen Metallkörpers 3 ist mittels einer Schraube 8 eine Anschlagplatte 7 befestigt, die sich an Ausbeulungen 9 (Fig. 1) der trogförmigen Metallteile 5 anlegt, sobald am Metallkörper 3 Kräfte nach oben wirken. Der Metallkörper 3 ist seitlich mit Wülsten 10 (Fig. 2, 3) versehen, die ein elastisches Anschlagen an dem freien Verbindungssteg 6 bei seitlichen Kräften bewirken. Die trogförmigen Metallteile 5 sind unten zu Flanschen 11 mit Befestigungslöchern 12 ausgezogen.
Die Fig. 4-5 zeigen zwei keilförmig zueinanderliegende Gummikörper la, 2a, die mit zueinander parallelen Wänden an ihren einander zugekehrten Seiten auf einen keilförmigen, z. B. aus Leichtmetall bestehenden, Metallkörper 3a aufvulkanisiert sind, der mit Gewindebüchsen 4a versehen ist. Die Aussenwände der Gummikörper la, 2a sind an Metallteile 13,14 anvulkanisiert. Die Metallteile 13,14 sind durch Verbindungsstege 15,16 miteinander verbunden. Die Verbindungsstege sind an den Metallteilen 13,14 angeschweisst, angenietet oder festgeschraubt. An der Unterseite des keilförmigen Metallkörpers 3a ist eine Anschlagplatte 7a mittels einer Schraube 8a befestigt, die sich an die Ausbeulungen 9a der äusseren Metallteile 13,14 anlegt, wenn am Metallkörper 3a Kräfte nach oben wirken.
Die Anschlagplatte 7a ist mit auf vulkanisierten elastischen Anschlägen 17, 18 versehen.
Die keilförmigen Metallkörper 3,3a können abändernd auch aus Kunststoff, z. B. einem Polyamid, gefertigt und wahlweise an ihren dem Gummi 1, 2. la. 2a zugekehrten Flächen konvex oder konkav ausgebildet sein.
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