DE10033211A1

DE10033211A1 - Elastomerfeder und Rasteinrichtung

Info

Publication number: DE10033211A1
Application number: DE2000133211
Authority: DE
Inventors: Guenter Reimann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-02-07
Also published as: WO2002004837A1

Abstract

Elastomerfeder (100, 400, 500, 600), welche einen langgestreckten Federkörper, mit einer Mehrzahl von Federsegmenten (150, 450, 550, 650) aufweist, welche quer zu der Längsrichtung der Elastomerfeder (100, 400, 500 600) ausgebogen und auslenkbar sind. Die Federsegmente sind ringartig und linear einstückig aneinander gereiht. Bei ringartiger Ausbildung weist die Elastomerfeder Federwirkung in axialer und/oder in radialer Richtung auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elastomerfeder mit einem langgestreckten Federkörper.

Elastomerfedern werden allgemein zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben mechanischer Energie verwendet. Sie dienen zum Mildern von Stößen und schwingenden Belastungen, zum Erzeugen von Kräften und Momenten sowie zum Wandeln mechanischer Energie in Wärmeenergie und zum Dämpfen von Stößen und Schwingungen. Elastomerfedern finden herkömmlicherweise im wesentlichen Anwendung als Schwingungsdämpfer.

Elastomermaterial ist verformbar und nicht komprimierbar. Beispielsweise werden O-Ringe aus Elastomermaterial bei konzentrischen Steckverbindungen als Haltefedern verwendet. Hierbei wird beispielsweise auf einem zylinderartigen Körper wie zum Beispiel einer Welle, ein Hohlkörper, wie beispielsweise eine Hülse, angeordnet. Ein O-Ring ist in einer Nut der Welle angeordnet. Der O-Ring und die Nut sind derart dimensioniert, daß der Innenradius des O-Rings geringfügig größer als der Innenradius der Nut ist. Außerdem ist der Außenradius des O-Rings geringfügig größer als der Innenradius der zu positionierenden Hülse.

Aufgrund des leichten Übermaßes des Innenradius des O-Rings kann sich dieser innerhalb der Nut bewegen und daher beim aufschieben der Hülse auf die Welle durch Verformung federnd ausweichen. Jedoch wird ein derartiger O-Ring hierbei nicht konzentrisch verformt, so daß die Hülse nicht konzentrisch auf der Welle angeordnet werden kann.

Soll die Hülse darüber hinaus gegen einen Anschlag auf der Welle gedrückt werden, so besteht bei dem herkömmlichen O- Ring ein Problem darin, daß beim Aufschieben der Hülse auf die Welle der O-Ring verwunden oder verdreht wird, wodurch eine Vorspannung des O-Rings gegen die Verdrehung und damit eine Kraft entsteht, welche entgegen der Aufschieberichtung der Hülse auf die Welle wirkt. Diese Kraft drückt die Hülse von dem Anschlag auf der Welle weg, so daß ein exaktes Positionieren der Hülse an dem Anschlag auf der Welle nicht möglich ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Elastomerfeder zu schaffen, welche die Präzision und die Funktionalität herkömmlicher Elastomerfedern verbessert.

Nach der Erfindung wird eine Elastomerfeder mit einem langgestreckten Federkörper geschaffen, welcher einer Mehrzahl von in Längsrichtung der Elastomerfeder einstückig aneinander gereihten Federsegmenten aufweist, welche jeweils quer zu der Längsrichtung ausgebogen sind, wobei die Federsegmente quer zu der Längsrichtung auslenkbar sind.

Die Federsegmente können wellenförmig oder trapezförmig ausgebogen sein. Hierbei können die Federsegmente auch rechteckförmig ausgebogen sein.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die Federsegmente der Elastomerfeder ringartig aneinander gereiht. Hierbei können die Federsegmente in Axialrichtung und/oder Radialrichtung der Elastomerfeder ausgebogen und auslenkbar sein.

Die ringartigen Ausführungsformen nach der Erfindung können offen oder geschlossen ausgebildet sein. Die offen ringartig ausgebildete Ausführungsform bietet dabei den Vorteil, daß zusätzlich zu der Federwirkung in der Richtung quer zu der Längsrichtung des Federkörpers auch eine Federwirkung in Längsrichtung vorliegen kann. Die geschlossen ringartig ausgebildete Ausführungsform bietet gegenüber der offen ringartig ausgebildeten Ausführungsform eine noch höhere Präzision, beispielsweise bezüglich des Innenradius einer Nut oder des Innenradius einer Hülse, mit welchen die ringartig ausgebildete Ausführungsform verwendet werden kann.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung sind die Federsegmente linear aneinander gereiht.

Die erfindungsgemäße Elastomerfeder kann kreisförmige oder rechteckigen Querschnitt oder eine andere geeignete Querschnittsform aufweisen. Ferner kann der Querschnitt über die Länge der Elastomerfeder unterschiedlich ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Rasteinrichtung mit einer Elastomerfeder nach den bevorzugten Ausführungsformen, einem zylindrischen Innenkörper und einem zylindrischen Hohlkörper geschaffen. Der Innenkörper ist an seiner Mantelfläche mit einer Nut versehen und der Hohlkörper weist an seiner Innenseite eine Rastnut auf. Die Elastomerfeder ist in der Nut angeordnet und rastet bei auf den zylindrischen Innenkörper aufgeschobenem Hohlkörper in die Rastnut ein. Die Rastnut ist insbesondere flach ausgebildet. Insbesondere beträgt ihre Tiefe weniger als die halbe Federhöhe der Elastomerfeder.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer zwischen einer Welle und einer Hülse angeordneten Elastomerfeder nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine zwischen einer Welle und einer Hülse angeordnete Elastomerfeder nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus Fig. 4,

Fig. 6 eine Elastomerfeder nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in ausgefedertem Zustand,

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus Fig. 6,

Fig. 8 die Elastomerfeder nach der bevorzugten Ausführungsform aus Fig. 6 in eingefedertem Zustand, und

Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII aus Fig. 8.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Elastomerfeder nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen einer Welle 200 in einer Nut 210 der Welle 200 und einem Hohlkörper, wie beispielsweise einer Hülse 300 angeordnet. Die Elastomerfeder 100 weist einen langgestreckten Federkörper mit einer Mehrzahl von Federsegmenten 150 auf. Die Federsegmente sind jeweils quer zu der Längsrichtung der Elastomerfeder 100 ausgebogen, d. h. bei dieser Ausführungsform in radialer Richtung der ringartigen Elastomerfeder 100. Durch die ausgebogenen Federsegmente 150 entsteht ein wellenförmiger Verlauf der ringartigen Elastomerfeder 100. Jedes Federsegment 150 weist hierbei radial nach außen gebogene Abschnitte oder Ausbuchtungen 110 und radial nach innen gebogene Abschnitte oder Ausbuchtungen 130 auf. Hierdurch entstehen jeweils an der Unterseite bzw. an der Oberseite der Elastomerfeder 100 Einbuchtungen 120 bzw. 140. Die Ausbuchtungen 110 und 130 der Elastomerfeder 100 dienen als Anlagestellen an der Innenseite bzw. Außenseite der Elastomerfeder. Durch die Mehrzahl der an der Innenseite vorgesehenen Ausbuchtungen 130 kann die Elastomerfeder 100 spielfrei beispielsweise in einer in der Welle 200 ausgebildeten Nut 210 angeordnet werden. Durch den wellenförmigen Verlauf der ringartigen Elastomerfeder 100 wird eine Federwirkung in Radialrichtung erzielt. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Elastomerfeder 100 ohne Überdehnung des Elastomermaterials in der Nut 210 zu montieren, da aufgrund des wellenförmigen Verlaufs ein Strecken der Wellen und damit eine Vergrößerung des Umfangs der Elastomerfeder 100 möglich ist.

Die Einbuchtungen 120 und 140 der Elastomerfeder 100 können außerdem als Fettdepots verwendet werden, wodurch die Haltbarkeit der Elastomerfeder 100 und der durch sie federnd verbundenen Teile verbessert wird.

Beim Aufschieben der Hülse 300 auf die Welle 200 über die Elastomerfeder 100 federn die Federsegmente 150 der Elastomerfeder 100 im wesentlichen jeweils in sich und quer zur Längsrichtung, welche bei der offen oder geschlossen ringartig ausgebildeten Elastomerfeder nach der Erfindung die Umfangsrichtung ist, der Elastomerfeder 100 ein.

Durch die Mehrzahl der Federsegmente 150, welche jeweils eine Anlagestelle 110 an der Außenseite der Elastomerfeder 100 und eine Anlagestelle 130 an der Innenseite der Elastomerfeder 100 bereitstellen, kann eine Mehrzahl von gleichmäßig verteilten Anlagestellen vorgesehen sein, durch welche ein Zentrieren der Hülse 300 auf der Welle 200 möglich ist.

Je nach Auswahl des Elastomermaterials und der Dimensionierung des Querschnitts und des Querschnittsverlaufes der Elastomerfeder läßt sich die Federhärte der Elastomerfeder nach der Erfindung vorbestimmen.

Solange die Größe des Federhubs maximal der Größe der Einbuchtung 120 der Elastomerfeder 100 entspricht ist ein Einfedern der Elastomerfeder 100 im wesentlichen ohne Quetschen der Elastomerfeder möglich. In diesem Bereich läßt sich die Federkraft der Elastomerfeder leicht durch Berücksichtigung der Materialeigenschaften des Elastomermaterials und der Abmessungen der Elastomerfeder bestimmen.

Aus Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Rasteinrichtung ersichtlich, welche die Elastomerfeder nach der ersten be vorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet. Ein zylindrischer Innenkörper, beispielsweise eine Welle 200, ist mit einer Nut 210 und mit einem Anschlag 220 versehen. Ein Hohlkörper, wie beispielsweise eine Hülse 300, weist eine Rastnut 310 auf. Ferner ist die Hülse 300 an ihrem dem Anschlag 220 der Welle 200 zugewandtem Ende mit einer nach innen gerichteten Schräge 320 versehen. In der Nut 210 der Welle 200 ist die Elastomerfeder 100 nach der ersten bevorzugten Ausführungsform angeordnet. Beim Aufstecken der Hülse 300 auf die Welle 200 wird die Elastomerfeder 100 durch die an den Ausbuchtungen 110 der Elastomerfeder 100 anliegende Schräge 320 in jedem Federsegment 150 im wesentlichen in sich eingefedert.

Wird die Hülse 300 weiter auf die Welle 200 geschoben, so federt die Elastomerfeder 100 vollständig in die Nut ein, bis die Hülse 300 soweit vorgeschoben ist, daß die Feder 100 in die Rastnut 310 der Hülse 300 einrasten kann. Soll die Hülse 300 mit einer vorbestimmten Kraft gegen den Anschlag 220 der Welle 200 gedrückt werden, so kann die Rastnut 310 in einem etwas größerem Abstand von dem dem Anschlag 220 zugewandten Endbereich der Hülse 300 angeordnet werden als der Abstand der Nut 210 von dem Anschlag 220 ist. Hierbei kann die Elastomerfeder 100 nur teilweise in die Rastnut 310 einfedern, wodurch eine in Axialrichtung der Welle 200 wirkende Kraft die Hülse 300 an den Anschlag 220 drückt.

Bevorzugt ist die Höhe der Einbuchtung 120 mindestens gleich der Federhöhe der Elastomerfeder 100.

Aus Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Rasteinrichtung ersichtlich, bei welcher die Elastomerfeder 100 nach der ersten bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann. Eine Welle 201 ist mit einer Nut oder einer Rille 211 versehen. Eine Hülse 301 ist mit einer Nut 311 an ihrer Innenfläche versehen. Eine Elastomerfeder 100 nach der ersten bevorzugten Ausführungform ist in der Nut 311 angeordnet. Die Welle 201 ist mit einer Schräge 221 versehen. Beim Einstecken der Welle 201 in die Hülse 301 wird mittels der Schräge 221 die Elastomerfeder 100 in der Nut 311 unter Ausnutzung der Federeigenschaften des Elastomermaterials in die Nut 311 gedrückt und in radialer Richtung zu der Welle 201 hin vorge spannt. Erreicht die Rille 211 eine ausreichende Überdeckung mit der Nut 311, so federt die Elastomerfeder 100 in die Rille 211 ein, wodurch die Welle 201 in der Hülse 301 einras tet.

Bei dieser Anordnung können die inneren Einbuchtungen 120 der Elastomerfeder 100 als Fettdepots verwendet werden. Diese sind in der Lage, sofern sie mit Fett versehen werden, während einer Mehrzahl von Einsteckvorgängen für eine entsprechende Schmierung der Welle 201 sowie der Elastomerfeder 100 und der Hülse 301 zu sorgen.

Aus Fig. 4 ist eine Elastomerfeder 400 nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Die Ausbuchtungen der Elastomerfeder 400 nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind quer zu der Längsrichtung der Elastomerfeder 400 ausgebildet und stärker ausgeprägt, als nach der ersten bevorzugten Ausführungsform.

Die Ausbuchtungen 410 nach außen und die Ausbuchtungen 430 nach innen bestimmen dabei einen zickzackförmigen Verlauf in Längsrichtung der Elastomerfeder 400. Entsprechend den Ausbuchtungen 430 an der Innenseite der Elastomerfeder 400 verbleiben entsprechende Einbuchtungen 420. Entsprechend den Ausbuchtungen 410 an der Außenseite der Elastomerfeder 100 verbleiben entsprechende Einbuchtungen 440. Die äußeren Bereiche der Ausbuchtungen 410 bzw. 430 sind bei der Elastomerfeder 400 nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform abgerundet. Sie können als Anlagestellen beispielsweise zum Zentrieren von konzentrisch anzuordnenden Bauteilen dienen.

Aus Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus Fig. 4 ersichtlich. Die Elastomerfeder 400 nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist in ihrer Längs richtung einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Dieser führt im Vergleich zu der ersten bevorzugten Ausführungsform zu einer verstärkten Rastwirkung der Elastomerfeder 400 in einer entsprechend ausgebildeten Nut, so daß die Elastomerfeder 400 auch für Einweg-Verbindungen verwendet werden kann. Diese werden beispielsweise zum Plombieren verwendet, wobei ein Lösen der Verbindung nur durch Zerstören der Elastomerfeder 400 möglich ist, welche hierbei als Plombe verwendet wird.

Aus den Fig. 6 bis 9 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ersichtlich. Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine Elastomerfeder 600 nach der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 6 und 8 zeigen die Elastomerfeder nach der dritten bevorzugten Ausführungsform als Abwicklung einer ringartigen Elastomerfeder oder als langgestreckte Elastomerfeder.

Eine Elastomerfeder 600 ist zwischen einem oberen langgestreckten Körper als Oberteil 700 und einem unteren langgestreckten Körper als Unterteil 710 angeordnet. Das Oberteil 700 weist eine Nut 701 auf und das Unterteil 710 weist eine Nut 711 auf, welche bevorzugt der Nut in dem Oberteil 700 entsprechend ausgebildet ist. Die Elastomerfeder 600 ist, wie aus den Fig. 6 bis 9 ersichtlich, zwischen dem Oberteil 700 und dem Unterteil 710 in den Nuten 701 bzw. 711 angeordnet.

Die Elastomerfeder 600 nach der dritten bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere geradlinig ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Federsegmenten 650 auf. Jedes Federsegment weist eine Ausbuchtung 610 und eine Ausbuchtung 630 auf. Die Federsegmente 650 der Elastomerfeder 600 sind jeweils quer zu der Längsrichtung der Elastomerfeder 600 ausgebogen. Jedes Federsegment 650 ist im wesentlichen in sich auslenkbar. An jeder Ausbuchtung 610 oder 630 ist eine Anlagestelle vorgesehen, mittels welcher die Elastomerfeder 600 in der Nut 701 oder 711 in dem Oberteil 700 bzw. in dem Unterteil 710 anliegen kann.

Aus Fig. 7 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 6 ersichtlich. Aus der Fig. 7 ist ersichtlich, wie die Elastomerfeder 600 zwischen dem Oberteil 700 und dem Unterteil 710 angeordnet ist. Durch die Mehrzahl der Federsegmente 650 ist eine Mehrzahl von Anlagepunkten an den Ausbuchtungen 610 bzw. 630 der Elastomerfeder 600 vorgesehen, wodurch eine Mehrfach-Abstützung des Oberteils 700 und des Unterteils 710 erreicht wird. Insbesondere bei dünn und flexibel ausgebildeten Ober- und Unterteilen 700 bzw. 710 ist eine derartige Mehrfach-Abstützung vorteilhaft, da die Rückwirkungen der Elastomerfeder 600 auf das Oberteil 700 bzw. das Unterteil 710 gering sind und so Deformationen des Oberteils 700 und des Unterteils 710 vermieden werden.

Aus den Fig. 8 und 9 ist die Elastomerfeder 600 nach der dritten bevorzugten Ausführungsform in eingefedertem Zustand ersichtlich. Aufgrund des in Längsrichtung der Elastomerfeder 600 wellenförmigen oder zickzackförmigen Verlaufs kann sich jedes Federsegment 650 im wesentlichen in sich verformen, so daß Stauchungen oder Verschiebungen der Anlagestellen der Elastomerfeder 600 an dem Oberteil 700 und dem Unterteil 710 vermieden werden können. Hierdurch ist ein definiertes gleichmäßiges Einfedern mit gleichmäßiger Kraftverteilung an dem Oberteil 700 und an dem Unterteil 710 möglich.

Eine vierte bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ist aus den Fig. 10 und 11 ersichtlich. Fig. 10 zeigt eine radiale Draufsicht und Fig. 11 eine axiale Draufsicht auf die vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Elastomerfeder 500 ringartig ausgebildet. In Axialrichtung weist sie einen gewellten oder gezackten Verlauf mit einer Mehrzahl von Ausbuchtungen 510 und 530 auf. Verglichen mit der ersten bevorzugten Ausführungsform, welche eine Federwirkung in Radialrichtung der ringartigen Elastomerfeder 100 schafft, weist die ringartige Elastomerfeder 500 nach der vierten bevorzugten Ausführungsform eine Federwirkung in Axialrichtung auf.

Anlagestellen der Elastomerfeder 500 sind im Bereich der Scheitelpunkte der Ausbuchtungen 510 und 530 vorgesehen, mit welchen die Elastomerfeder beispielsweise zwischen zwei auf einer Welle angeordneten kreisförmigen Scheiben anliegen kann und diese axial federnd gegeneinander abstützt. Die Elastomerfeder nach der vierten bevorzugten Ausführungsform kann jedoch auch zum federnden Abstützen einer Hülse bezüglich eines auf einer Welle ausgebildeten Anschlags oder für andere axiale Federvorgänge verwendet werden. Hierbei sind insbesondere sehr geringe Federkräfte durch die bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Verfahren sehr genau einstellbar. Ferner bietet die Elastomerfeder 500 geringere Bauhöhe bei gleicher Federhöhe im Vergleich mit Stahlfedern.

Die Elastomerfeder 500 weist eine Mehrzahl von Federsegmenten 550 mit jeweils einer Ausbuchtung 510 und einer Ausbuchtung 530 in Axialrichtung auf. Jedes Federsegment wird beim Einfedern der Elastomerfeder 500 im wesentlichen in sich verformt, so daß Wechselwirkungen mit den anderen Federsegmenten minimiert sind.

Das Elastomermaterial der Elastomerfeder 500 kann rechteckförmigen oder kreisförmigen oder einen anderen geeignet ausgebildeten Querschnitt aufweisen. Der Verlauf der Elastomerfeder 500 in Längsrichtung, d. h. Umfangsrichtung, kann rechteckförmig, wellenförmig oder sinusartig sein.

Claims

1. Elastomerfeder mit einem langgestreckten Federköper, welcher einer Mehrzahl von in Längsrichtung der Elastomerfeder einstückig aneinander gereihten Federsegmenten (150, 450, 550, 650) aufweist, welche jeweils quer zu der Längsrichtung ausgebogen sind, wobei die Federsegmente (150, 450, 550, 650) quer zu der Längsrichtung auslenkbar sind.

2. Elastomerfeder nach Anspruch 1, wobei die Federsegmente (150, 450, 550, 650) wellenförmig ausgebogen sind.

3. Elastomerfeder nach Anspruch 1, wobei die Federsegmente (150, 450, 550, 650) trapezförmig ausgebogen sind.

4. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Federsegmente (150, 450, 550, 650) ringartig aneinander gereiht sind.

5. Elastomerfeder nach Anspruch 4, wobei die Federsegmente (150, 450, 550, 650) in Axialrichtung und/oder Radialrichtung der Elastomerfeder (100, 400, 500, 600) ausgebogen und auslenkbar sind.

6. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Federsegmente (650) linear aneinander gereiht sind.

7. Elastomerfeder nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Elastomermaterial kreisförmigen Querschnitt aufweist.

8. Elastomerfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Elastomermaterial rechteckigen Querschnitt aufweist.

9. Rasteinrichtung mit einer Elastomerfeder (100, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 4, 5, 7 oder 8, einem zylindrischen Innenkörper (200) und einem zylindrischen Hohlkörper (300), wobei der Innenkörper (200) an seiner Mantelfläche mit einer Nut (210) versehen ist und der Hohlkörper (300) an seiner Innenseite eine Rastnut (310) aufweist, wobei die Elastomerfeder (100, 400, 500, 600) in der Nut angeordnet ist und bei auf den zylindrischen Innenkörper (200) aufgeschobenem Hohlkörper (300) in die Rastnut (310) einrastbar ist.