BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein elastisches Lagerelement mit einem in einer Lagerhülse angeordneten Elastomerkörper und einem vom Elastomerkörper umschlossenen Innenteil.
Elastische Lagerelemente dieser Art finden bei der Lagerung von Motoren, Kompressoren und anderen Einrichtungen, welche Körperschall und Schwingungen erzeugen Verwendung. Dabei ist der Elastomerkörper zumeist zwischen zwei Metallteilen angeordnet und fest mit diesen verbunden. Eines der Metallteile dient zur Lagerung der schwingenden Einrichtung und der andere Metallkörper zur Befestigung, bzw. Lagerung an Auflageflächen. Derartige Lagerelemente sind in der amerikanischen Patentschrift Nr.3 955 808 beschrieben. Im Zentrum des Lagerelementes befindet sich dabei ein Innenteil aus Metall, an welchem mittels Schraubverbindungen zum Beispiel der Motorblock eines Kraftfahrzeuges befestigt wird. Das Innenteil weist vier äussere Mantelflächen auf, an welchen Elastomerelemente angeordnet sind.
Innenteil und Elastomerelemente sind von einem Lagergehäuse umgeben, welches seinerseits Befestigungseinrichtungen zur Verbindung des Lagerelementes mit der Fahrzeugkarosserie aufweist. Die Elastomerkörper sind durch Vulkanisieren fest mit der Mantelfläche des Innenteiles sowie mit Auflageplatten am Lagergehäuse verbunden. Bei symmetrischer Ausgestaltung kann dieses Element in verschiedenen Montagepositionen eingebaut werden. Normalerweise sind solche Elemente jedoch für eine bestimmte Angriffsrichtung der Last berechnet und dimensioniert und müssen immer in der richtigen Position eingesetzt werden, damit die gewünschte Lagerungs- und Dämmwirkung erreicht wird. Derartige Lagerelemente weisen je nach Belastungsrichtung stark unterschiedliche Federcharakteristiken auf, wobei sich zusätzlich mit zunehmender Last die Eigenfrequenz in einem grossen Bereich verändert.
Dies hat zur Folge, dass diese Lagerelemente je nach Richtung und Grösse der Last stark unterschiedliche Dämmungseigenschaften aufweisen. Auch bei ähnlichen Anwendungsfällen muss das Lagerelement, und insbesondere der Elastomerkörper, speziell für jeden einzelnen Lastfall berechnet und dimensioniert werden. Dies ist sehr aufwendig und erfordert bei der Lagerung von gleichartigen Objekten, jedoch mit unterschiedlichen Gewichten, die Bereitstellung einer grossen Anzahl unterschiedlicher Lagerelemente. Bei der Lagerung von Fahrzeugmotoren oder ähnlichen Objekten treten Veränderungen der Arbeitslast auf, wobei die fest mit den Metallteilen verbundenen Elastomerkörper sowohl Druck- wie Zugbelastungen ausgesetzt werden.
Das Auftreten von Zugkräften in den Elastomerkörpern ist besonders unerwünscht, da dies zur Zerstörung der Elastomerkörper und zu einer erheblichen Reduktion der Lebensdauer führen kann. Um diese unerwünschten Belastungen unter Kontrolle zu halten müssen derartige Lagerelemente für einen sehr engen Lastbereich dimensioniert werden, was wiederum zu einer grossen notwendigen Zahl von unterschiedlichen Lagerelementen für verschiedene Lastfälle führt. Der Lastbereich zwischen kleinster und grösster Last für ein bestimmtes Element ist in der Praxis in vielen Fällen zu klein, wodurch auch die Lagerungs- und Dämmungseigenschaften solcher Elemente ungenügend sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elastisches Lagerelement zu schaffen, welches in mindestens zwei Belastungsachsen die gleiche Federcharakteristik aufweist und zu diesen Belastungsachsen axial-symmetrisch ist. Im weiteren soll ein Element mit bestimmten Abmessungen einen grossen Lastbereich abdecken, wobei bei zunehmender Last die Eigenfrequenz konstant bleiben soll. Das Elastomerelement soll im weiteren keine feste Verbindung mit den umschliessenden oder umschlossenen anderen Teilen des Lagerelementes aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definierten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Ein Vorteil des erfindungsgemässen elastischen Lagerelementes besteht darin, dass der Elastomerkörper nur in den Zwischenraum zwischen Lagerhülse und Innenteil eingeschoben ist und keine feste Verbindung mit diesen beiden Teilen aufweist. Dadurch kann das aufwendige Verkleben oder Vulkanisieren des Elastomerkörpers mit tragenden Teilen des Lagerelementes, wie zum Beispiel mit der Lagerhülse oder dem Innenteil, eingespart werden. Bei viereckiger Ausgestaltung des Elastomerelementes kann dieses aus Abschnitten eines Gummirohres mit quadratischem Querschnitt bestehen. Es lässt sich somit sehr einfach herstellen.
Es ist aber auch der Einsatz von Querschnitten mit drei oder mehr als vier Ecken möglich. Die Befestigungselemente welche zur Verbindung der Lagerhülse mit den Auflagen dienen sind so angeordnet, dass die Belastungsachsen jeweils durch die Ecken des Querschnittes des Elastomerkörpers verlaufen. Bei dieser Anordnung ergibt sich der weitere Vorteil, dass das Element für kleine Lasten genügend weich ist. Bei grösserer Last legt sich das Lagerelement mit zunehmender Belastung allmählich an die Auflagefläche der Lagerhülse an, und die Federkurve wird zunehmend progressiv. Die Abmessungen des Elastomerkörpers sowie der Lagerhülse und des Innenteils sind so gewählt, dass die Federkurve angenähert einer e-Funktion folgt.
Dadurch kann das gleiche Lagerelement auch grosse Lasten aufnehmen, wobei die Eigenfrequenz ab einem vorbestimmbaren Punkt praktisch konstant ist und in bekannter Weise berechnet wird. Durch Änderung der Abmessung des Elastomerkörpers, bzw. des Gummirohres sowie durch Aufbringen einer Einbauvorspannung ist die Federkurve dieses elastischen Lagerelementes in einem sehr grossen Bereiche beeinflussbar. Auch bei einem Lagerelement mit vorgegebener Lagerhülse und vorgegebenem Innenteil ist die Federkurve in einfacher Weise beeinflussbar, indem das Elastomerelement austauschbar ist. Durch Einsatz eines Elementes mit einer anderen Härte oder mit anders geformten Seitenflächen sind Anpassungen in einfachster Weise möglich.
Die erfindungsgemässen Lagerelemente können in den verschiedenen Achsen, welche durch die Ecken des Elastomerkörpers verlaufen belastet werden, wobei sie immer die gleiche Federund Dämmungscharakteristik haben. Infolge des grossen Lastbereiches eines bestimmten Lagerelementes ist eine geringe Anzahl von verschiedenen Elementen notwendig, wodurch die Lagerhaltung und der Einsatz an den Montagestellen vereinfacht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Mitte eines erfindungsgemässen Elementes und
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Lagerelement entlang der Linie I-I in Figur 1.
Das elastische Lagerelement gemäss Figur 1 und 2 besteht aus einer Lagerhülse 2, einem Innenteil 3 und einem zwischen Lagerhülse 2 und Innenteil 3 angeordneten Elastomerkörper 1. Das Innenteil 3 hat die Form eines Hohlzylinders mit der Zentralachse 26 und weist eine Lagerbohrung 27 auf.
Diese Lagerbohrung 27 dient der Aufnahme eines Lagerzapfens oder einer Befestigungsschraube zur Verbindung des Innenteiles 3 mit dem Gehäuse eines Ventilators. An beiden Enden des Innenteiles 3 sind ringförmige Kragen 29, 30 angeordnet. An der Fläche 7 zwischen den beiden Kragen 29, 30 liegt mindestens teilweise die innere Mantelfläche 4 des Elastomerkörpers 1 an.
Der Elastomerkörper 1 besteht im gezeigten Beispiel aus Abschnitten eines quadratischen Gummirohres mit ebenfalls quadratischem Innenhohlraum. Im dargestellten Beispiel ist der Durchmesser des Innenteiles 3 etwas grösser als die lichte Weite des quadratischen Hohlraumes im Elastomerkörper 1 in unbelastetem Zustande. Die Kragen 29, 30 am Innenteil 3 sind so bemessen, dass der Elastomerkörper 1 über diese geschoben werden kann, und dann das Innenteil 3 durch diese Kragen 29, 30 in seiner Position gehalten wird. Der auf das Innenteil 3 geschobene Elastomerkörper 1 liegt mit Teilbereichen der inneren Mantelfläche 4 an der Auflagefläche 7 des Innenteiles 3 auf. Bei der gewählten Form des Elastomerkörpers 1 entstehen vier innere Kontaktstellen 14, 15, 16 und 17.
Zwischen der Auflagefläche 7 am Innenteil 3 und der inneren Mantelfläche 4 des Elastomerkörpers 1 werden innere Zwischenräume 22, 23, 24 und 25 gebildet, welche beidseits durch eine der inneren Kontaktstellen 14, 15, 16 und 17 begrenzt werden. Entlang des Umfanges des Innenteiles 3 bzw. der inneren Mantelfläche 4 des Elastomerkörpers 1 wechseln sich Zwischenräume und Kontaktstellen in gleichmässiger Weise ab.
Die äussere Mantelfläche 5 des Elastomerkörpers 1 steht mindestens teilweise mit der Auflagefläche 6 der Lagerhülse 2 in Kontakt. Zwischen Auflagefläche 6 und äusserer Mantelfläche 5 werden bei der gewählten Ausführungsform des Elastomerkörpers 1 vier äussere Kontaktstellen 10, 11, 12 und 13 gebildet. Auch hier sind zwischen der äusseren Mantelfäche 5 des Elastomerkörpers 1 und der Auflagefläche 6 der Lagerhülse 2 äussere Zwischenräume 18, 19, 20 und 21 ausgebildet, welche durch die äusseren Kontaktstellen 10, 11, 12 und 13 begrenzt werden.
Im unbelasteten Zustand des Lagerelementes liegt den äusseren Kontaktstellen 10, 11, 12 oder 13 an der äusseren Mantelfläche 5 des Elastomerkörpers 1 jeweils an der inneren Mantelfläche des Elastomerkörpers 1 ein innerer Zwischenraum 22, 23, 24 oder 25 gegenüber.
Umgekehrt ist gegenüber den inneren Kontaktstellen 14, 15, 16 oder 17 an der inneren Mantelfläche 4 des Elastomerkörpers 1 an der äusseren Mantelfläche 5 des Elastomerkörpers 1 ein äusserer Zwischenraum 18, 19, 20 oder 21 angeordnet.
Die Achsen 8 und 9, welche die Zentralachse 26 schneiden und durch die äusseren Kontaktstellen 10, 12, bzw. l l, 13 verlaufen, bilden gleichzeitig je eine Winkelhalbierende zwischen zwei benachbarten inneren Kontaktstellen 14, 15 oder 15,16 oder 16, 17 oder 17, 14.
Die inneren Zwischenräume 22, 23, 24 und 25 sowie die äusseren Zwischenräume 18, 19, 20 und 21 sind in der Mitte zwischen zwei Kontaktstellen am weitesten. Bei Belastung des Lagerelementes in Richtung einer der Achsen 8 oder 9 ergibt sich in vier Richtungen die gleiche Lagercharakteristik. Erfolgt die Belastung des Lagers zum Beispiel in Richtung des Pfeiles 31 indem durch einen Lagerzapfen eine Last auf das Innenteil 3 aufgebracht wird, verteilt sich diese gleichmässig auf die beiden inneren Kontaktstellen 15 und 16. Dadurch werden vorerst die Wandungen des Elastomerkörpers 1 nach aussen gebogen, und der innere Zwischenraum 24 sowie die beiden äusseren Zwischenräume 19 und 20 werden bei zunehmender Last allmählich ausgefüllt.
Wirkt in der Anfangsphase der Elastomerkörper 1 vorwiegend als Biegeträger, so wird er mit zunehmender Last zu einem Druckkörper, welcher die zunehmende Last durch Deformation aufnimmt. Durch die kreisförmige Ausgestaltung der Auflagefläche 6 an der Lagerhülse 2 sowie der Auflagefläche 7 an dem Innenteil 3 und durch den quadratischen Querschnitt des Elastomerelementes 1, weist das dargestellte Lagerelement eine über einen weiten Lastbereich konstante Eigenfrequenz auf. Dabei ist es gleichgültig, ob die Last in Richtung des Pfeiles 31 umgekehrt zu dieser Richtung oder in einer der beiden möglichen Richtungen auf der Achse 8 aufgebracht wird. Voraussetzung bei dieser Anordnung ist nur, dass die Belastungsachsen 8 und 9 durch die Eckbereiche des Querschnittes des Elastomerelements 1 verlaufen.
Beim Beispiel gemäss den Figuren 1 und 2 kann der Elastomerkörper 1 die Aussenmasse von 52 und 52 mm aufweisen. Die lichte Weite des Hohlraumes im Elastomerkörper 1 beträgt dann 27 mm. Wird als Material Gummi mit einer Härte von ca. 45 Shore gewählt, so bleibt die Eigenfrequenz des Lagerelementes im Lastbereich von ca. 200 N bis ca. 700 N Konstant, und zwar beträgt sie etwa 11 Hz.
Die Lagerhülse 2 ist mit einem Besfestigungselement 28 versehen, mittels welchem das ganze Lagerelement an einem nicht dargestellten Träger oder an einem Fundament befestigt werden kann. Werden für die Befestigung eines Ventilators vier solche Lagerelemente eingesetzt, so führen Abweichungen in der Belastung der einzelnen Elemente nicht zu einem unterschiedlichen Lagerverhalten. Die bei unterschiedlichen Lasten konstante Eigenfrequenz gewährleistet ein gleichartiges Verhalten aller vier Lagerelemente. Der Elastomerkörper 1 und die Lagerhülse 2 sind im Bereiche der äusseren Kontaktstellen 10, 11, 12 und/oder 13 mit nicht dargestellten Vertiefungen, bzw. Noppen ausgestattet, welche das richtige Positionieren des Elastomerkörpers 1 in der Lagerhülse 2 gewährleisten.
DESCRIPTION
The invention relates to an elastic bearing element with an elastomer body arranged in a bearing sleeve and an inner part enclosed by the elastomer body.
Elastic bearing elements of this type are used in the storage of motors, compressors and other devices which generate structure-borne noise and vibrations. The elastomer body is usually arranged between two metal parts and firmly connected to them. One of the metal parts is used for mounting the vibrating device and the other metal body for mounting or mounting on support surfaces. Such bearing elements are described in American Patent No. 3 955 808. In the center of the bearing element there is an inner part made of metal, to which, for example, the engine block of a motor vehicle is fastened by means of screw connections. The inner part has four outer lateral surfaces, on which elastomer elements are arranged.
Inner part and elastomer elements are surrounded by a bearing housing, which in turn has fastening devices for connecting the bearing element to the vehicle body. The elastomer bodies are firmly connected to the outer surface of the inner part and to support plates on the bearing housing by vulcanization. With a symmetrical design, this element can be installed in various mounting positions. However, such elements are normally calculated and dimensioned for a specific direction of attack of the load and must always be used in the correct position so that the desired storage and insulation effect is achieved. Bearing elements of this type have widely different spring characteristics depending on the direction of loading, the natural frequency also changing over a wide range with increasing load.
The consequence of this is that these bearing elements have very different insulation properties depending on the direction and size of the load. Even in similar applications, the bearing element, and in particular the elastomer body, must be calculated and dimensioned specifically for each individual load case. This is very complex and requires a large number of different storage elements when storing similar objects, but with different weights. When storing vehicle engines or similar objects, changes in the workload occur, whereby the elastomer bodies firmly connected to the metal parts are exposed to both compressive and tensile loads.
The occurrence of tensile forces in the elastomer bodies is particularly undesirable, since this can lead to the destruction of the elastomer bodies and to a considerable reduction in the service life. In order to keep these undesirable loads under control, such bearing elements have to be dimensioned for a very narrow load range, which in turn leads to a large number of different bearing elements being necessary for different load cases. The load range between the smallest and the largest load for a certain element is in practice too small in many cases, which means that the storage and insulation properties of such elements are also insufficient.
It is an object of the present invention to provide an elastic bearing element which has the same spring characteristic in at least two load axes and is axially symmetrical to these load axes. Furthermore, an element with certain dimensions should cover a large load range, with the natural frequency remaining constant as the load increases. Furthermore, the elastomer element should not have a fixed connection to the enclosing or enclosed other parts of the bearing element.
This object is achieved by the features defined in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous further developments result from the features of the dependent claims.
An advantage of the elastic bearing element according to the invention is that the elastomer body is only inserted into the space between the bearing sleeve and the inner part and has no fixed connection with these two parts. This saves the time-consuming gluing or vulcanization of the elastomer body with supporting parts of the bearing element, such as with the bearing sleeve or the inner part. In the case of a quadrangular configuration of the elastomer element, this can consist of sections of a rubber tube with a square cross section. It is very easy to manufacture.
However, it is also possible to use cross sections with three or more than four corners. The fastening elements which serve to connect the bearing sleeve to the supports are arranged in such a way that the loading axes each run through the corners of the cross section of the elastomer body. This arrangement has the further advantage that the element is sufficiently soft for small loads. With greater load, the bearing element gradually contacts the bearing surface of the bearing sleeve as the load increases, and the spring curve becomes progressively progressive. The dimensions of the elastomer body, the bearing sleeve and the inner part are selected so that the spring curve approximates an e-function.
As a result, the same bearing element can also absorb large loads, the natural frequency being practically constant from a predeterminable point and being calculated in a known manner. The spring curve of this elastic bearing element can be influenced in a very large range by changing the dimensions of the elastomer body or the rubber tube and by applying an installation prestress. Even in the case of a bearing element with a predetermined bearing sleeve and a predetermined inner part, the spring curve can be influenced in a simple manner by the elastomer element being exchangeable. By using an element with a different hardness or with differently shaped side surfaces, adjustments are made in the simplest possible way.
The bearing elements according to the invention can be loaded in the various axes which run through the corners of the elastomer body, and they always have the same spring and insulation characteristics. Due to the large load range of a particular bearing element, a small number of different elements is necessary, which simplifies storage and use at the assembly points.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings which show an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 shows a longitudinal section through the center of an element according to the invention and
2 shows a cross section through a bearing element according to the invention along the line I-I in FIG. 1.
The elastic bearing element according to FIGS. 1 and 2 consists of a bearing sleeve 2, an inner part 3 and an elastomer body 1 arranged between the bearing sleeve 2 and inner part 3. The inner part 3 has the shape of a hollow cylinder with the central axis 26 and has a bearing bore 27.
This bearing bore 27 is used to receive a bearing pin or a fastening screw for connecting the inner part 3 to the housing of a fan. Annular collars 29, 30 are arranged at both ends of the inner part 3. The inner lateral surface 4 of the elastomer body 1 lies at least partially on the surface 7 between the two collars 29, 30.
The elastomer body 1 consists in the example shown of sections of a square rubber tube with a square inner cavity. In the example shown, the diameter of the inner part 3 is somewhat larger than the inside width of the square cavity in the elastomer body 1 in the unloaded state. The collars 29, 30 on the inner part 3 are dimensioned such that the elastomer body 1 can be pushed over them, and then the inner part 3 is held in position by these collars 29, 30. The elastomer body 1 pushed onto the inner part 3 rests with partial regions of the inner lateral surface 4 on the contact surface 7 of the inner part 3. With the selected shape of the elastomer body 1, four inner contact points 14, 15, 16 and 17 are created.
Between the support surface 7 on the inner part 3 and the inner lateral surface 4 of the elastomer body 1, inner spaces 22, 23, 24 and 25 are formed which are delimited on both sides by one of the inner contact points 14, 15, 16 and 17. Gaps and contact points alternate in a uniform manner along the circumference of the inner part 3 or the inner lateral surface 4 of the elastomer body 1.
The outer lateral surface 5 of the elastomer body 1 is at least partially in contact with the contact surface 6 of the bearing sleeve 2. In the selected embodiment of the elastomer body 1, four outer contact points 10, 11, 12 and 13 are formed between the contact surface 6 and the outer lateral surface 5. Here, too, outer spaces 18, 19, 20 and 21 are formed between the outer jacket surface 5 of the elastomer body 1 and the support surface 6 of the bearing sleeve 2, which are delimited by the outer contact points 10, 11, 12 and 13.
In the unloaded state of the bearing element, the outer contact points 10, 11, 12 or 13 on the outer lateral surface 5 of the elastomer body 1 each have an inner space 22, 23, 24 or 25 opposite them on the inner lateral surface of the elastomer body 1.
Conversely, opposite the inner contact points 14, 15, 16 or 17 on the inner lateral surface 4 of the elastomer body 1, an outer intermediate space 18, 19, 20 or 21 is arranged on the outer lateral surface 5 of the elastomer body 1.
The axes 8 and 9, which intersect the central axis 26 and run through the outer contact points 10, 12 or 11, 13, simultaneously form an angle bisector between two adjacent inner contact points 14, 15 or 15, 16 or 16, 17 or 17 , 14
The inner spaces 22, 23, 24 and 25 and the outer spaces 18, 19, 20 and 21 are farthest in the middle between two contact points. When the bearing element is loaded in the direction of one of the axes 8 or 9, the same bearing characteristic results in four directions. If, for example, the bearing is loaded in the direction of arrow 31 by applying a load to the inner part 3 through a bearing journal, this is distributed evenly over the two inner contact points 15 and 16. As a result, the walls of the elastomer body 1 are initially bent outwards, and the inner space 24 and the two outer spaces 19 and 20 are gradually filled with increasing load.
If the elastomer body 1 acts primarily as a bending beam in the initial phase, it becomes a pressure body with increasing load, which absorbs the increasing load through deformation. Due to the circular design of the support surface 6 on the bearing sleeve 2 and the support surface 7 on the inner part 3 and due to the square cross section of the elastomer element 1, the bearing element shown has a natural frequency which is constant over a wide load range. It does not matter whether the load is applied in the direction of arrow 31 in the opposite direction to this direction or in one of the two possible directions on axis 8. The only requirement with this arrangement is that the load axes 8 and 9 run through the corner regions of the cross section of the elastomer element 1.
In the example according to FIGS. 1 and 2, the elastomer body 1 can have the external dimensions of 52 and 52 mm. The clear width of the cavity in the elastomer body 1 is then 27 mm. If rubber with a hardness of approx. 45 Shore is selected as the material, the natural frequency of the bearing element remains constant in the load range from approx. 200 N to approx. 700 N, namely around 11 Hz.
The bearing sleeve 2 is provided with a fastening element 28, by means of which the entire bearing element can be fastened to a support (not shown) or to a foundation. If four such bearing elements are used for fastening a fan, deviations in the load on the individual elements do not lead to different bearing behavior. The constant natural frequency at different loads ensures that all four bearing elements behave in the same way. The elastomer body 1 and the bearing sleeve 2 are provided in the areas of the outer contact points 10, 11, 12 and / or 13 with depressions or knobs (not shown) which ensure the correct positioning of the elastomer body 1 in the bearing sleeve 2.