DE2930578C3 - Buchse aus elastischem Material für eine Verbindung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Buchse aus elastischem Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und wie sie beispielsweise aus der DE-AS 11 19 062 bekanntgeworden ist.

Die bekanntgewordene Buchse weist zwei aus einem elastischen Material gebildete Schalen gleicher Länge und gleicher Wandstärke auf, die jeweils den halben Umfang des zylindrischen Verbindungselements im Loch umgeben. Ein sicherer Sitz der Buchse im Loch wird dadurch gewährleistet, daß dit Wandstärke einer jeden Schale größer ist als die Differenz zwischen dem Radius des Lochs und dem des Verbindungselements ist, wodurch die Schalen klemmend gehalten werden.

Bei einer Verbindung der eingangs genannten Art wirken vielfach Kräfte vornehmlich nur in einer bestimmten Richtung auf die Buchse ein, und diese wird dadurch ungleichmäßig belastet, und nur ein Teil der Buchse nimmt die Hauptlast der Verbindung auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Buchse der eingangs genannten Art zu schaffen, die in der Lage ist, die in der bestimmten Richtung wirkenden Kräfte besser aufzunehmen, ohne d?ß der sichere Sitz in dem Loch dadurch beeinträchtigt ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 10 hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwei typische Anwendungsfälle werden anhand der Figuren in der nun folgenden Beschreibung, aus der auch die Vorteile der Erfindung hervorgehen, näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA, IB und IC perspektivische Darstellungen bekannter Buchsen,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig,3 eine perspektivische Darstellung zweier Glieder, die mit Hilfe der Buchse nach Fig.2 gelenkig miteinander verbunden sind,

Fig,4 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die beiden Glieder nach Fig,3 längs der Schnittlinie 4-4, wobei äußere Teile weggebrochen sind,

Fig,5 einen teilweisen Schnitt durch die beiden Glieder nach F i g, 4 längs der Schnittlinie 5-5 und

F i g, 6 eine Draufsicht auf ein mit der Ausführungsform nach Fi 2.2 gebildetes, mehrfaches Scharniergelenk, bei dem Teile im Schnitt gezeigt sind.

In der Fig.2 ist eine von in den Fig. IA, IB und IC dargestellten Buchsen des Standes der Technik sich beträchtlich unterscheidende, erfindungsgemäße Buchse dargestellt Ein unDiegsamer, als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeter Kern 11 weist eine achtseitige Innenfläche 12 auf. Eine zylindrische Schale 13 aus Elastomer ist auf der äußeren Mantelfläche des Kerns 11 angebracht, mit diesem verbunden und erstreckt sich über einen Teil, vorzugsweise die Hälfte des Umfangs der Mantelfläche. Mehrere kürzere zylindrische Schalen J4 aus Elastomer sind auf dem von der Schale 13 nicht bedeckten Teil der Mantelfläche des Kerns 11 äquidistant angebracht und befestigt Die Anzahl der kurzen Schalen 14 hängt von deren Wandstärke und dem Abstand zwischen ihnen ab sowie vom Bereich der zulässigen Verformung, in dem das elastomere Material innen nicht oder noch nicht zerreißt Das für die lange Schale 11 sowie für die kürzeren Schalen 14 verwendete Elastomer besteht aus einer Substanz, welche beim cyclischen Biegen innen sehr wenig Energie verbraucht

Eines der besten Materialien, das für eine erfindungsgemäße Buchse verwendet werden kann, ist natürlicher Gummi oder Naturkautschuk.

Es ist anzumerken, daß die radiale Wandstärke der langen zylindrischen Schale 13 aus Elastomer nicht so groß ist, wie die radiale Wandstärke der kurzen zylindrischen Schalen 14 aus Elastomer. Im allgemeinen ist das Verhältnis aus der Summe der Längen der kurzen Schalen 14 zur Länge der langen Schale 13 im wesentliche:: gleich dem Verhältnis aus der radialen Wandstärke der langen Schale 13 zur radialen Wandstärke einer jeden der kurzen Schalen 14. Wenn beispielsweise die Wandstärke der langen Schale 13 60% der Wandstärke der kürzeren Schalen 14 beträgt, wird die Summe der Längen der kürzeren Schalen 14 annähernd 50% der Gesamtlänge de;· langen Schale 13 betragen. Wie es vorstehend schon erwähnt wurde, hängt die Anzahl der kurzen Schalen 14 von der axialen Länge der Buchse und der Verformungsfähigkeit des elastomeren Materials biim Verformen ohne inneres Zerreißen ab.

Die Kapazität eines elastomeren Materials wird in diesem Fachgebiet als das Vermögen des Materials definiert, einer Belastung zu widerstehen oder sie zu ertragen, ohne daß die Schwingfestigkeit des Materials überschritten wird. Im allgemeinen wird das Material nicht schadhaft, solange die Schwingfestigkeit des Materials nicht überschritten wird. Die Schwingfestigkeit ist in diesem Fachgebiet weiter definiert als das Vermögen eines elastomeren Materials einer sich wiederholenden Druckbelastung ohne Materialbruch aufgrund inneren Energieverlusts oder von Wärmeerzeugung zu widerstehen.

In der Fig.6 ist eine Anwendungsmöglichkeit der Buchse nach Fig. 2 dargestellt. In einer Folge von Gliedern 16, 17 und 18 weist jedes dieser Glieder eine von einem Rand des Gl'fies vorspringende Zunge und ein Paar Vorsprünge 21 auf, die vom gegenüberliegenden Rand des Gliedes hervorspringen. In den Vorsprüngen 21 eines jeden Gliedes sind fluchtende Buehsenbohrungen 22 ausgebildet. In der Zunge 19 eines jeden Gliedes ist eine durchgehende, andere Buchsenbohrung 23 ausgebildet Die Buchsenbohrungen 22 und 23 haben im wesentlichen den gleichen Durchmesser, Die zylindrische Schale 13 aus Elastomer ist so ausgebildet, daß ihr Radius leicht größer ist als der Radius einer jeden Buchsenbohrung 22 und 23, Der Radius der kurzen zylindrischen Schalen 14, der größer als der Radius der langen Schale 13 ist, ist erheblich größer als der Radius einer jeden Buchsenbohrung 22 und 23. Wenn folglich die erfindungsgemäße Buchse in eine Buchsenbohrung gepreßt und das elastomere Material durch die Bohrungswand zusammengedrückt wird, werden die kurzen Schalen 14 so verformt, daß sie sich axial in die Zwischenräume zwischen ihnen ausbreiten. Da die Obergröße des Radius und die Untergröße der Summe der axialen Länge der kurzen Schalen 14, wie vorstehend dargelegt, auf die Sch?¹: 13 bezogen ist, reicht die axiale Verformung der kurzen Schalen 14 aus, die Räume zwischen der Wand der Buchsenbohrung 22 und 23 und die Mantelfläche des steifen zylindrischen Kerns 11 auszufüllen. Das beträchtliche Zusammendrükken der kurzen Schalen 14 aus Elastomer durch die Wand der Buchsenbohrung hat die Wirkung, daß die Buchse in der Buchsenbohrung axial gehalten wird.

Wenn die Zunge 19 beispielsweise des Gliedes 17 der Anordnung nach F i g. 6 zwischen die Vorsprünge 21 des gabelförmigen Endes des benachbarten Gliedes 16 so angeordnet ist, daß die Buchsenbohrungen 22 und 23 fluchten, wird ein länglicher Stab 24 durch die fluchtenden Durchgänge durch die zylindrischen Kerne 11 geführt Der längliche Stab 24 hat einen achteckförmigen Querschnitt und seine achtseitige Außenfläche paßt allgemein in die achtseitigen Innenflächen der zylindrischen Kerne 11 der fluchtenden Buchsen und berührt diese Innenflächen im allgemeinen Der Stab 24 weist bei den Stirnenden Gewinde auf, auf die ein Paar Haltemuttern 26 aufgeschraubt sind. Wenn die Muttern 26 auf dem Stab 24 gegen die Stirnflächen der zylindrischen Kerne 11 festgezogen werden, werden Kerne 11 benachbarter Buchsen stirnseitig gegeneinander gedrückt. Folglich wird der Stab 24 und alle zylindrischen Kerne zusammen festgehalten, so daß sie als eine einzige Einheit sich bewegen. Wenn das Glied 16 um die Achse des länglichen Stabes 24 verdreht wird, wird das elastomere Material in der langen Schale 13 und in den kurzen Schalen 14 in Scherung gebracht, wenn das Glied 17 seine ursprüngliche Winkelstellung beibehält. Die OberTiächen der langen Schale 13 und der kurzen Schalen 14, die mit der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Kerns 11 verbunden sind, bewegen sich relativ zur äußeren Mantelfläche des Kerns 11 nicht, und die äußeren Oberflächen der Schalen O und 14 bewegen sich relativ zur Bohrung nicht, wobei die relative Drehbewegung zwischen der Bohrung und dem Kern gänzlich vom elastomeren Material der Buchse aufgenommen wir Λ Das Material der kurzen Schalen 14 jedoch, welches gezwungen worden ist, sich in der Bohrung aufgrund des Preßsitzes darin axial auszubreiten, kann während einer relativen Bewegung zwischen Kern und Bohrung gegen die äußere Mantelfläche des zylindrischen Kerns 11 reiben. Obwohl die Oberfläche des verformten Elas.umers in den kurzen Schalen 14 auf diese Weise sich relativ zur äußeren Mantelfläche des Kerns etwas bewegen und folglich etwas Reibungswär-

me erzeugen kann, beeinträchtigt dies die Wirksamkeit der Buchse nicht ernsthaft, weil die kurzen Schalen 14 die Last nicht tragen.

Aus der F i g. 6 kann entnommen werden, daß bei der dargestellten Positionierung der langen Schale 13 und > der kurzen Schalen 14 in den Buchsenbohrungen 22 und 23 eine Kraft, die auf das Glied 16 in Richtung des Pfeils 27 ausgeübt wird, jede der langen Schalen 13 zusammendrückt. Jede lange Schale 14 wird während der Installation zwischen der Bohrungswand und dem steifen Kern 11 anfänglich nur leicht zusammengedrückt, weil ihr Zusammendrücken zum Halten der Buchse in der Buchsenbohrung nicht benötigt wird, und sie ist deshalb fähig, eine größere Last aufzunehmen, als dies der Fall wäre, wenn sie anfänglich vor der ii Belastung stärker zusammengedrückt worden wäre. Die lange Halbschale 13 kann dadurch ohne Überschreitung der Schwingfestigkeit des elastomeren Materials eine hohe Belastung ertragen. Das Zusammendrücken des elastomeren Materials, das notwendig ist. um die Buchse axial in der Buchsenbohrung zu halten, wird fast gänzlich durch das hohe Zusammendrücken erzeugt, das auf die kurzen Schalen 14 ausgeübt wird.

F.s ist anzumerken, daß der Winkel, um den ein Glied 16 relativ zu einem benachbarten Glied 17 verdreht λ werden kann, bei gewissen Anwendungen in der Größe von plus oder minus 15° sein kann. Diese Eigenschaft ist eine Funktion der ausgeübten radialen Belastung, der Zusammensetzung des Elastomers und der Dicke der Buchse. Die vorstehend beschriebene und in der F i g. 2 dargestellte Buchse benötigt während ihrer Lebensdauer kein Schmiermittel. Weiter ist keine Einrichtung zum Abhalten von Schmutz erforderlich, und im Material der Buchse tritt im wesentlichen kein Verschleiß auf. Als zusätzlicher Vorteil kann angeführt » werden, daß der Buchse nach Fig. 2 eine Komplexität fehlt und sie deshalb bei relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Darüber hinaus wird in bezug auf F i g. 6 eine auf ein Glied ausgeübte Vibration vom benachbarten Glied isoliert, wenn diese Glieder durch -<o die offenbarten Gummibchsen verbunden werden.

Eine andere Ausführungsform einer Buchse nach der

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Vorrichtung vorteilhaft. Ein Glied 28 weist bei einem Ende einen Haken 29 auf. mit dem das Glied 28 -15 eingehängt und eine Kraft auf es ausgeübt werden kann. Das Glied 28 weist am gegenüberliegenden Ende eine Gabel auf. die durch wegstehende Zinken 31 festgelegt ist. Ein dargestelltes hinteres Glied 32 weist eine vorspringende Zunge 33 auf. Wie aus der F i g. 5 hervorgeht, weist die Zunge 33 eine Buchsenbohrung 34 auf, die sich quer durch sie hindurch erstreckt. Eine Buchse 36 weist einen massiven, länglichen, zylindrischen Kern 37 mit Endteilen 38, in die ein Gewinde geschnitten ist, auf. Eine zylindrische Schale 39 aus elastomerem Material ist mit einer Seite des massiven Kerns 37 verbunden und eine Reihe von äquidistanten kurzen zylindrischen Schalen 41 ist mit der gegenüberliegenden Seite des Kerns 37 verbunden, wie es in der früher beschriebenen Buchse nach F i g. 2 der Fall ist. Wie in der Ausführungsform nach F i g. 2 ist es auch hier vorteilhaft, wenn das Verhältnis der radialen Wandstärke der langen Schale 39 zur radialen Wandstärke der kurzen Schalen 41 im wesentlichen gleich dem Verhältnis der Summe der Längen der kurzen Schalen 41 zur Gesamtlänge der langen Schale 39 ist Da der Radius der langen Schale 39 leicht größer als der Radius der Buchsenbohrung 34 ist. sind folglich die Radien der kurzen Schalen 41 beträchtlich größer als der Radius der Buchsenbohrung 34. Wenn die Buchse 36 in die Buchsenbohrung gepreßt wird, werden die kurzen Schalen 41 durch Zusammendrücken verformt und bewirkt, daß sie sich in die Räume zwischen dem massiven Kern 37 und den Wänden der Buchsenbohrung 34 ausbreiten, so daß sie solche Räume im wesentlichen ausfüllen.

In jedem der Zinken 31 ist ein durchgehendes Loch 42 (Fig. 5) ausgebildet, und diese Löcher 42 sind auf der Achse der Buchsenbohrung 34 ausgerichtet, wenn die vorspringend«· Zunge 33 zwischen die Zinken 31 eingefügt ist. In den Rand eines der Zinken 31 kann ein Kanal 43 zum durchgehenden Loch 42 des einen Kanals geschnitten sein, um das Zusammensetzen zu erleichtern. Wenn die Buchse 36 einmal in der Buchsenbohrung 34 zusammengesetzt ist und die mit Gewindegängen versehenen Endteile 38 auf dem massiven Kern 37 durch die Löcher 42 in den Zinken 31 eingefügt sind, werden auf die Endteile 38 Muttern 44 aufgeschraubt, um den massiven Kern 37 drehfest und axial unverschiebbar an dem Zinken 31 zu befestigen. Um den richtigen Abstand zwischen den Zinken 31 und der Zunge 33 sowie eine Drehung des massiven Kerns 37 mit dem Glied 28 sicherzustellen, so daß kein Verschleiß zwischen den zugehörigen Teilen verursachende Reibung stattfindet, könnrn Sicherungsscheiben 46 (Fig. 5) verwendet werden.

Wenn auf das Glied 28 eine Kraft in Richtung des Pfeils 47 in F i g. 5 ausgeübt wird, wird diese Kraft durch die Buchse 36 auf das hintere Glied 32 übertragen. Wie in der Fig. 5 dargestellt, ist die lange Schale 39 aus elastomerem Material in der Buchsenbohrung 34 so angeordnet, daß sie durch eine Kraft zusammengedrückt wird, welche die Richtung des Pfeils 47 aufweist. Das Zusammendrücken der langen Schale 39 zwischen dem massiven, länglichen Kern 37 und der Wand der Buchsenbohrung 34 ist durch die Gegenkraftpfeile 48 angedeutet. Wie früher beschrieben, wirken die kurzen Schalen 41 mit dem größeren Radius, die anfänglich in der Bohrung stärker zusammengedrückt werden als die lange Schale 39. so, daß sie die Buchse 36 axial in der

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deshalb in der Bohrung 34 unter sehr geringem anfänglichem Zusammendrücken positioniert werden, um dadurch einen Träger höherer Kapazität für die durch den Kraftpfeil 47 und die Gegenkraftpfeile 48 angedeutete Belastungsbedingung zu erzeugen. Es wird dadurch eine Buchse hoher Kapazität geschaffen, bei welcher die Schwingfestigkeit des elastomeren Materials nicht überschritten wird.

Die Fig.4 zeigt, daß das hintere Glied 32 um die Achse der Buchse 36 relativ zum Glied 28 verdreht werden kann. Das hintere Glied 32 ist in durchgezogenen Linien mit dem Glied 28 ausgerichtet dargestellt und in gestrichelten Linien in einem Winkel dazu. Der Drehwinkel zwischen den Gliedern 28 und 32 muß unterhalb des Winkels gehalten werden, welcher ein Zerreißen aufgrund innerer Beanspruchung innerhalb des elastomeren Materials verursachen würde. Wie früher erwähnt, kann der zulässige Drehwinkel annähernd plus oder minus 15° betragen. Die relative Drehstellung der Glieder, welche die Buchse in einem winkelgemäß unbeanspruchten Zustand beläßt, sollte annähernd in der Mitte zwischen den Grenzen der zulässigen Drehbewegung der Glieder sein.

Es ist eine Gummibuchse offenbart worden, welche eine Drehbewegung zwischen benachbarten Gliedern,

welche durch die Buchse miteinander verbunden sind, erlaubt. Die Buchse vermag eine hohe Belastung zu ertragen oder ihr zu widerstehen, ohne daß die Schwingfestigkcit des Elastomers überschritten wird, wenn es in der Buchsenbohrung angeordnet ist, wobei die lange Schale aus Elastomer die Last unter Zusammendrückung aufnimmt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche;

   U Buchse aus elastischem Material für eine Verbindung, die ein zylindrisches Verbindungselement aus relativ unelastischem Material aufweist, das in einem zylindrischen Loch größeren Durchmessers angeordnet ist, welches in einem anderen Verbindungselement aus relativ unelastischem Material ausgebildet ist, wobei die Buchse zwischen dem in das Loch eingefügten zylindrischen Verbindungselement und der Innenfläche des Lochs anzuordnen ist, wobei die Buchse eine zylindrische Schale und zumindest eine weitere zylindrische Schale aufweist, wobei die Innenfläche der Schale und der weiteren Schale im wesentlichen den Radius der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Verbindungselements aufweisen und jeweils nur einen Teil des Umfangs der äußeren Mantelfläche einnehmen, so daß sie beide in einer Umfangsrichtung aufeinanderfolgend mit ihren Innenflächen auf der äußeren Mantelfläche anbringbar sind, und wobei die Summe aus der Wandstärke der Schale und der Wandstärke der weiteren Schale größer als die Differenz zwischen dem Durchmesser des Lochs und dem des zylindrischen Verbindungselements ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (13, 39) eine kleinere Wandstärke aufweist als die weitere Schale (14, 41), daß die axiale Länge der weiteren Schale (14,41) kleiner als die axiale Länge der Schale (13,39) und des Lochs (22,23; 34) ist und daß die Scha''" (13, 39) so eingebaut ist, daß sie die Hauptlast der Verbindung aufnimmt.
2. 2. Buchse nach Anspruch l.äadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke üer Schale (13, 39) der halben Differenz zwischen dem Durchmesser des Lochs (22, 23; 34) und dem Durchmesser des zylindrischen Teils (11,37) entspricht oder höchstens geringfügig größer ist.
3. 3. Buchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Schale (13, 39) zumindest im wesentlichen der axialen Länge des Lochs (22,23; 34) entspricht.
4. 4. Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse mehrere zusätzliche Schalen (14, 41) aufweist, die axial mit Abstand voneinander auf der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Teils (11, 37) im Längsbereich der Schale (13,39) anzubringen sind.
5. 5. Buchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren zusätzlichen Schalen (14, 41) die gleiche Wandstärke aufweisen.
6. 6. Buchse nach Anspruch 4 oder 5, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren zusätzlichen Schalen (14, 41) axial mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
7. 7. Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der zusätzlichen Schale (14, 41) oder der zusätzlichen Schalen (14, 41) insgesamt um zumindest die axiale Längenänderung kürzer als die axiale Länge des Lochs (22, 23; 34) und der Schale (13,39) ist, um die sich die axiale Länge der zusätzlichen Schale (14, 41) oder Gesamtlänge der mehreren zusätzlichen Schalen (14, 41) ändert, wenn die zusätzliche Schale (14, 41) bzw. die mehreren zusätzlichen Schalen (14, 41) mit der Schale (13, 39) auf der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Teils

   (11,37) in das Loch (22,23; 34) eingefügt worden ist, und die zusätzliche Schale (14,41) bzw. Schalen (14, 41) auf eine kleinere Wandstärke zusammengedrückt ist bzw. sind.
8. 8. Buchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus der axialen Länge der Schale (13, 39) zur axialen Länge der zusätzlichen Schale (14,41) bzw, zur Gesamtlänge der mehreren zusätzlichen Schalen (14,41) zumindest irn wesentlichen dem Verhältnis aus der Wandstärke einer zusätzlichen Schale (14, 41) zur Wandstärke der Schale (13,39) entspricht
9. 9. Buchse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den mehreren zusätzlichen Schalen (14, 41) so gewählt ist, daß benachbarte zusätzliche Schalen (14, 41) einander berühren, wenn die mehreren zusätzlichen Schalen (14,41) zusammen mit der Schale (13,39) auf der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Teils (11, 37) in das Loch (22, 23; 34) eingefügt worden sind.
10. 10. Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (13, 39) und/oder eine oder mehrere zusätzliche Schalen (14, 41) mit der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Teils (11,37) verbunden sind.