DE3104709A1 - Annular elastomer loop for suspension purposes - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine ringförmige Elastomerschlaufe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie deren Verwendung.The invention relates to an annular elastomer loop in the preamble of claim 1 mentioned type and their use.
Eine ringförmige Elastomerschlaufe für eine Aufhängung im Sinne der Erfindung ist ein in sich geschlossener Ring mit prinzipiell beliebigem Querschnitt, der im wesentlichen aus einem Elastomer besteht und der Aufnahme, Dämpfung und Pufferung von Zugkräften dient, die zwischen zwei relativ zueinander beschränkt beweglichen Konstruktionsteilen oder Maschinenteilen auftreten können.An annular elastomer loop for a suspension in the sense of Invention is a self-contained ring with in principle any cross-section, which consists essentially of an elastomer and the absorption, damping and buffering is used by tensile forces that are limited relative to each other between two movable Construction parts or machine parts can occur.
Elastomerschlaufen dieser Art werden im Maschinenbaubereich zur Aufhängung der verschiedensten Teile verwendet, die Schwingungen oder Stoßbelastungen ausgesetzt sind, beispielsweise zur Aufhängung von Tischen, Leitungen oder Führungen.Elastomer loops of this type are used for suspensions in the mechanical engineering sector the most diverse parts are used that are exposed to vibrations or shock loads are, for example, for hanging tables, cables or guides.
Insbesondere werden beispielsweise auch die Abgasleitungen und Schalldämpfertöpfe, das sogenannte Auspuffsystem, von Kraftfahrzeugen über solche Elastomerschlaufen an Trägern aufgehängt, die fest mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden sind.In particular, the exhaust pipes and silencer pots, for example, are also the so-called exhaust system, of motor vehicles via such elastomer loops suspended from beams that are firmly attached to the body of the vehicle.
Elastomerschlaufen werden wegen ihrer geringen Kosten und wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und Dauerbelastbarkeit zur Herstellung gedämpfter Aufhängungen in großem Umfang vorteilhaft eingesetzt. Der große Nachteil solcher Elastomerschlaufen zu Aufhängungszwecken liegt im Spannungsdehnungsverhalten der Elastomere. Die Spannungsdehnungskennlinien der Elastomere sind typischerweise durch eine sehr niedrige Proportionalitätsgrenze bei relativ geringen Zugspannungen, dann durch einen sehr breiten Dehnungsbereich mit ausgesprochen kleinem Elastizitätsmodul und schließlich bei großer Dehnung durch eine nur schwache Zunahme des Elastizitätsmoduls gekennzeichnet. Dieses Verhalten bewirkt, daß bei wirtschaftlich sinnvoller Dimensionierung von Elastomerschlaufen zu Aufhängungszwecken bei Lastspitzen, insbesondere bei Stoßlastspitzen, das belastete Konstruktionsteil einen relativ weiten Hub gegenüber dem tragenden Konstruktionsteil ausführt und bei Aufheben der Last mit relativ großer Beschleunigung gegen das tragende Konstruktionsteil zurückgeführt wird. Das an der Elastomerschlaufe gedämpft aufgehängte stoßbelastete Konstruktionselement beginnt also unter Spitzenstoßbelastung zu schlagen.Elastomer loops are popular because of their low cost and because of their high corrosion resistance and long-term load capacity for the production of damped Suspensions used to advantage on a large scale. The big disadvantage of such Elastomer loops for suspension purposes lies in the stress-strain behavior of the Elastomers. The stress-strain characteristics of the elastomers are typically through a very low proportional limit at relatively low tensile stresses, then thanks to a very wide stretch range with a very low modulus of elasticity and finally in the case of great elongation by only a slight increase of the modulus of elasticity. This behavior has the effect of being economical sensible dimensioning of elastomer loops for suspension purposes at load peaks, especially with shock load peaks, the loaded structural part has a relative executes wide stroke compared to the supporting structural part and when lifting the Load returned with a relatively high acceleration against the load-bearing structural part will. The shock-loaded construction element suspended from the elastomer loop in a cushioned manner so begins to hit under peak shock loads.
Aus der Praxis bekanntgewordene Versuche, die Elastomerschlaufe durch Verstärkungseinlagen zu verfestigen, haben nicht zum Erfolg geführt. Die Spannungsdehnungskennlinien zeigen im Proportionalitätsbereich einen so steilen Anstieg, daß das angestrebte Dämpfungsverhalten der Elastomeraufhängung weitgehend verlorengeht.Attempts that have become known from practice to carry out the elastomer loop Solidifying reinforcement inserts have not worked. The stress strain characteristics show such a steep increase in the proportionality range that the desired The damping behavior of the elastomer suspension is largely lost.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ringförmige Elastomerschlaufe für eine Aufhängung zu schaffen, deren Spannungsdehnungskennlinie einen möglichst breiten und flachen Proportionalitätsbereich und unmittelbar anschließend einen relativ steilen Anstieg zeigt, wobei die Breite des Proportionalitätsbereichs problemlos nach Maßgabe des zulässigen Hubes für das zu dämpfende Konstruktionselement der Aufhängung einstellbar sein soll.The invention is based on the object of an annular elastomer loop to create a suspension whose stress-strain curve is as good as possible wide and flat proportional range and immediately afterwards one shows a relatively steep increase, the width of the proportional band being problem-free in accordance with the permissible stroke for the construction element to be damped Suspension should be adjustable.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Elastomerschlaufe der eingangs genannten Art, die erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gekennzeichnet ist.To solve this problem, the invention creates an elastomer loop of the type mentioned, according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 mentioned features is characterized.
Die Erfindung schafft also eine Elastomerschlaufe, in die eine Zugfeder aus prinzipiell beliebigem Werkstoff in der Weise eingebettet ist, daß sich die Zugfeder in einem zumindest im wesentlichen entspannten Zustand befindet, wenn sich auch das Elastomer der Schlaufe in einem zumindest im wesentlichen entspannten Zustand befindet. "Eingebettet" bedeutet dabei, daß die Zugfeder allseitig vom Elastomer vollständig umschlossen ist, vorzugsweise die Elastomermischung also um die Zugfeder herum durch Spritzgießen oder Formpressen geformt und anschließend vernetzt worden ist.The invention thus creates an elastomer loop in which a tension spring in principle from any material in the Way is embedded, that the tension spring is in an at least substantially relaxed state, even if the elastomer of the loop at least substantially relaxed State. "Embedded" means that the tension spring is made of elastomer on all sides is completely enclosed, preferably the elastomer mixture so around the tension spring molded around by injection molding or compression molding and then crosslinked is.
Durch eine solche Herstellung wird eine besonders gute und gut kraftübertragende Anbindung der Zugfeder an das Elastomer erzielt.Such a production creates a particularly good and good force-transmitting Connection of the tension spring to the elastomer achieved.
Die Zugfeder ist vorzugsweise eine Stahlfeder, kann ohne weiteres jedoch auch eine federnde Kunststoffeinlage sein.The tension spring is preferably a steel spring, can easily however, it can also be a resilient plastic insert.
Die für die in das Elastomer einzubettende Zugfeder zu wählende Zugkraft und der für diese Feder zu wählende maximale Federweg sind einerseits eine Funktion der Art und der Bemessung des Elastomers und sind andererseits eine Funktion des aus konstruktiven Bedingungen vorgegebenen maximal zulässigen Hubes oder maximal zulässigen Verschiebungsweges der beiden gegeneinander zu dämpfenden, aneinander aufgehängten Konstruktionselemente. Wenige routinemäßig durchzuführende Vorversuche setzen den Fachmann ohne weiteres in die Lage, Elastomer und Zugfeder in der für den vorgegebenen Anwendungszweck geforderten Weise aufeinander abzustimmen.The tensile force to be selected for the tension spring to be embedded in the elastomer and the maximum spring travel to be selected for this spring are on the one hand a function the type and dimension of the elastomer and are, on the other hand, a function of the Maximum permissible stroke or maximum specified from design conditions permissible displacement path of the two to be damped against each other suspended construction elements. Few routine preliminary tests put the skilled person in a position to easily find elastomer and tension spring in the for to coordinate the given application in the required manner.
Der Verlauf der Spannungsdehnungskurve der zugfederverstärkten Elastomerschlaufe der Erfindung ist dabei zunächst durch eine Überlagerung der Kennlinien für das Elastomer und für die eingebettete Feder gekennzeichnet und ohne weiteres auch über einen breiteren Bereich proportional, und zwar in durchaus erwünschter Weise auch relativ flach proportional, also mit kleinem Elastizitätsmodul, einstellbar. Kurz vor dem und nach dem Erreichen der maximalen federelastischen Dehnbarkeit der Zugfeder wird die Kennlinie dann jedoch praktisch ausschließlich durch die Festigkeit des straff gedehnten Federwerkstoffs bestimmt, was zu einem steilen Anstieg der Spannungsdehnungskennlinie führt. Dadurch wird erreicht, daß das gedämpfte Konstruktionselement der Aufhängung im zulässigen Hubbereich linear gedämpft wird, im Bereich von Spitzenlasten, insbesondere Spitzenstoßlasten, aber eine nahezu exponentielle Auffangdämpfung einsetzt, die auch im Bereich höchster Spitzenbelastungen des gedaämpften Konstruktionselements Hubbewegungen dieses Elements über einen kritischen Grenzwert hinaus ausschließt.The course of the stress-strain curve of the tension spring-reinforced elastomer loop the invention is initially by superimposing the characteristics for the Elastomer and marked for the embedded spring and easily also over a wider range proportionally, and in a very desirable way too relatively flat proportionally, i.e. with a small modulus of elasticity, adjustable. Short before and after reaching the maximum elastic elasticity the The characteristic curve then becomes practically exclusively due to the strength of the tension spring determined by the tightly stretched spring material, which leads to a steep increase in Stress strain characteristic leads. This ensures that the damped structural element the suspension is damped linearly in the permissible stroke range, in the area of peak loads, especially peak shock loads, but an almost exponential cushioning occurs, even in the area of the highest peak loads of the damped construction element Excludes lifting movements of this element beyond a critical limit value.
Wenn dieser kritische absolute Grenzwertbereich mit innerhalb des nutzbaren Kennlinienbereiches liegen soll, so ist die maximale federelastische Dehnbarkeit der in das Elastomer eingebetteten Zugfeder vorzugsweise wesentlich kleiner als die Reißdehnung des Elastomers, typischerweise um mindestens 50 %, vorzugsweise um mindestens 100 %, und insbesondere um mindestens 200 % kleiner als die Reißdehnung des Elastomers.If this critical absolute limit range is within the usable characteristic range is to be, the maximum elastic elasticity is the tension spring embedded in the elastomer is preferably much smaller than the elongation at break of the elastomer, typically by at least 50%, preferably by at least 100%, and in particular by at least 200% less than the elongation at break of the elastomer.
Eine besondere Schonung der mit einer großen Anzahl von Lastzyklen belasteten Elastomerschlaufe der Erfindung kann dadurch erreicht werden, daß die Zugfeder im Bereich der an das Elastomer angreifenden Kraftübertragungselemente der Aufhängung nicht federelastisch dehnbar, also gestreckt, ausgebildet ist.A special protection of those with a large number of load cycles loaded elastomer loop of the invention can be achieved in that the Tension spring in the area of the force transmission elements engaging the elastomer the suspension is not resiliently stretchable, that is, stretched.
Eine weitere Schonung, das heißt in der Praxis eine Verlängerung der Standzeit der Elastomerschlaufe bei Zyklusbelastung, kann dadurch erzielt werden, daß die eingebettete Zugfeder aus einem flachen Bandstahl besteht, der im Dehnungsbereich zumindest im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Dehnung ausgerichtete Amplituden einer Federwellung aufweist. Bezogen auf die Hauptebene der ringförmigen Elastomerschlaufe steht die Bandstahlfeder vorzugsweise axial, so daß also ein Betrachter bei Draufsicht auf die Hauptebene des ringförmig geschlossenen Profils der Elastomerschlaufe gleichsam auf die schmale scharfe Kante des zylindrisch stehenden Federbandstahls sieht. Durch diese Anordnung der Flachbandstahlfeder wird erreicht, daß die Feder breitflächig die Kräfte aufnimmt, die von einem auf der Innenseite des Elastomerringes angreifenden und kraftübertragenden Träger auf die Elastomerschlaufe übertragen wird.Another protection, that is in practice an extension of the The service life of the elastomer loop under cycle load can be achieved by that the embedded tension spring consists of a flat steel strip, which is in the expansion area amplitudes oriented at least substantially perpendicular to the direction of elongation having a spring undulation. Relative to the main plane of the annular Elastomer loop the steel strip spring is preferably axial, so that a viewer is seen from above on the main plane of the ring-shaped closed profile of the elastomer loop as it were looks at the narrow, sharp edge of the cylindrical spring band steel. By this arrangement of the ribbon steel spring is achieved that the spring has a wide area absorbs the forces acting on the inside of the elastomer ring and force-transmitting carrier is transferred to the elastomer loop.
Eine solcherart ausgebildete Elastomerschlaufe wird vorzugsweise zur Aufhängung der sogenannte Auspuffleitungen und Auspufftöpfe von Kraftfahrzeugen verwendet.An elastomer loop designed in this way is preferably used for Suspension of the so-called exhaust pipes and mufflers of motor vehicles used.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to exemplary embodiments in FIG Connection with the drawing explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht auf die Hauptebene ein Ausführungsbeispiel der Elastomerschlaufe im entspannten Zustand; Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Art in zwei verschiedenen Dehnungszuständen; und Fig. 3 das Spannungsdehnungsdiagramm der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Elastomerschlaufe.They show: FIG. 1 in a schematic representation and in a plan view the main plane shows an embodiment of the elastomer loop in the relaxed state; FIG. 2 in a schematic representation a view of the type shown in FIG. 1 in two different stretching states; and FIG. 3 is the stress-strain diagram of FIG Elastomer loop shown in Figures 1 and 2.
Die in der Fig. 1 im entspannten Zustand in Draufsicht auf ihre Ringhauptebene dargestellte ringförmige Elastomerschlaufe 1 besteht aus einem Elastomerring 2, in dem eine Zugfeder 3 eingebettet ist. Das Elastomer weist einen kreisförmigen Schnurquerschnitt auf. Die Zugfeder 3 ist vom Elastomer vollständig umschlossen und liegt zumindest angenähert im Bereich der Torrusseele des Elastomerringes 2. Der Elastomerring 2 ist durch Umspritzen der Zugfeder 3 mit einer unvernetzten oder nur vorvernetzten Elastomermischung und anschließendes Vernetzen des Elastomers hergestellt. Dadurch wird ein besonders fester Verbund zwischen der Zugfeder 3 und dem Elastomer des Elastomerringes 2 erzielt.The in Fig. 1 in the relaxed state in a plan view of their main ring plane shown annular elastomer loop 1 consists of an elastomer ring 2, in which a tension spring 3 is embedded. The elastomer has a circular shape Cord cross-section on. The tension spring 3 is completely enclosed by the elastomer and lies at least approximately in the area of the torus core of the elastomer ring 2. The elastomer ring 2 is by overmolding the tension spring 3 with an uncrosslinked or only pre-crosslinked Elastomer mixture and subsequent crosslinking of the elastomer produced. Through this is a particularly strong bond between the tension spring 3 and the elastomer of the Elastomer ring 2 achieved.
Die Zugfeder 3 besteht aus einem Federbandstahl, dessen breite Bandflächen nach radial außen und radial innen weisen und dessen schmale Kanten nach axial oben und axial unten weisen, jeweils bezogen auf die Hauptebene der ringförmigen Elastomerschlaufe 1. Die Zugfeder 3 besteht aus einem ursprünglich offenen Federbandstahl, der in Längsrichtung alternierend glatte Abschnitte 4 und gewellte Federabschnitte 5 aufweist. Der Bandstahl wird mit zwei glatten Abschnitten 4 überlappt und beispielsweise durch Punktschweißstellen 6 zu einem geschlossenen Ring verbunden. Die Amplituden der Federwellungen im gewellten Bandabschnitt 5 stehen senkrecht zur Hauptebene des Bandmaterials. Die Wellentäler und Wellenberge des gewellten Bandschnitts-5 liegen senkrecht zur Längsrichtung des Bandmaterials.The tension spring 3 consists of a spring band steel whose wide band surfaces point radially outwards and radially inwards and its narrow edges axially upwards and point axially downwards, each based on the main plane of the annular elastomer loop 1. The tension spring 3 consists of an originally open spring band steel, which is in Has alternating smooth sections 4 and corrugated spring sections 5 in the longitudinal direction. The steel strip is overlapped with two smooth sections 4 and, for example, through Spot welds 6 connected to form a closed ring. The amplitudes of the Spring corrugations in the corrugated band section 5 are perpendicular to the main plane of the Tape material. The wave troughs and wave crests of the corrugated band section-5 lie perpendicular to the longitudinal direction of the strip material.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der ringförmigen Elastomerschlaufe 1 weist die Zugfeder 3 insgesamt zwei glatte, also nichtfedernde Abschnitte 4 und jeweils zwischen diesen beiden glatten nichtfedernden Abschnitten 4 zwei federnde gewellte Abschnitte 5 auf. Die beiden nichtfedernden glatten Abschnitte 4 und die beiden federnden gewellten Abschnitte 5 liegen sich jeweils diametral gegenüber. Bestimmungsgemäß wird die so aufgebaute ringförmige Elastomerschlaufe in der Weise verwendet, daß in der in Fig. 1 gezeigten Art der Zugkraftangriff an die Elastomerschlaufe, genauer gesagt an den Elastomerring 2 der Elastomerschlaufe 1, an den Stellen erfolgt, an denen im Elastomerring 2 die glatten Abschnitte 4 der Zugfeder 3 liegen. Dabei ist in den Figuren 1 und 2 angenommen, daß der angreifende Träger 7 ortsfest und tragend ist, während der angreifende Träger 8 das belastete Konstruktionselement der Aufhängung trägt.In the embodiment of the annular elastomer loop shown in FIG. 1 1, the tension spring 3 has a total of two smooth, so non-resilient sections 4 and 4 between these two smooth non-resilient sections 4 two resilient corrugated sections 5. The two non-resilient smooth sections 4 and the two resilient corrugated sections 5 are each diametrically opposite. The ring-shaped elastomer loop constructed in this way is intended to be in the manner used that in the type shown in Fig. 1, the tensile force attack on the elastomer loop, more accurate said to the elastomer ring 2 of the elastomer loop 1 at the points where the smooth sections 4 of the tension spring 3 lie in the elastomer ring 2. It is In Figures 1 and 2 it is assumed that the attacking carrier 7 is stationary and load-bearing is, while the attacking beam 8 is the loaded structural element of the suspension wearing.
Während in der Fig. 1 die Elastomerschlaufe im entspannten und unbelasteten Zustand gezeigt ist, sind in der Fig. 2 zwei verschiedene Lastzustände mit zwei verschieden Dehnungen zur Verdeutlichung der Ringcharakteristik gezeigt. Das entsprechende Spannungsdehnungsdiagramm ist in der Fig. 3 wiedergegeben. Solange der gewellte Bereich 5 der Zugfeder 3 bei Belastung des Lastträgers 8 noch nicht vollständig ausgezogen ist, verstärkt die Zugfeder 3 bei vorgegebener Dehnung der Elastomerschlaufe 1 die Spannung des Elastomerringes 2, so daß in diesem Bereich über einen relativ breiten Dehnungsbereich A ein praktisch linearer Verlauf der Spannungsdehnungskennlinie erhalten wird. Erst bei Erschöpfen der federelastischen Reserve der Zugfeder 3, also erst kurz vor und bei dem im linken Teil der Fig. 2 gezeigten vollständigen Glattziehen des ursprünglich gewellten Abschnitts 5' der Zugfeder 3 wird jede weitere Dehnung der ringförmigen Elastomerschlaufe 1 durch die Festigkeit des glattgezogenen Bandstahls der Zugfeder 3 unterbunden. Die Spannungsdehnungskennlinie (Fig. 3) führt daher in diesem Grenzdehnungsbereich B zu einem steilen, zumindest angenähert exponentiellen Anstieg.While in Fig. 1, the elastomer loop in the relaxed and unloaded State is shown, are in Fig. 2, two different load states with two different expansions shown to clarify the ring characteristics. The corresponding The stress-strain diagram is shown in FIG. 3. As long as the wavy Area 5 of the tension spring 3 is not yet complete when the load carrier 8 is loaded is pulled out, reinforces the tension spring 3 at a given elongation of the elastomer loop 1 the tension of the elastomer ring 2, so that in this area about a relative wide strain range A a practically linear course of the stress strain curve is obtained. Only when the elastic reserve of the tension spring 3 is exhausted, so only shortly before and at the complete shown in the left part of FIG Smoothing the originally corrugated section 5 'of the tension spring 3 is any further Expansion of the annular elastomer loop 1 due to the strength of the smooth Steel band of the tension spring 3 prevented. The stress strain curve (Fig. 3) leads therefore in this limit stretching range B to a steep, at least approximately exponential Rise.
Der Hubweg des extrem belasteten Lastträgers 8' ist dadurch strikt auf die Gesamtdehnung A+B beschränkt. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß sich an den breiten linearen Nutzbereich A der Dehnung kein breites Übergangsgebiet anschließt, sondern der kritische Begrenzungsbereich B unmittelbar an den Nutzbereich A anschließt, wobei dieser Grenzbereich oder Notauffangbereich auf einen relativ kurzen Dehnungsbereich oder Hubweg begrenzt ist.The stroke of the extremely loaded load carrier 8 'is therefore strict limited to the total elongation A + B. It is of particular advantage that no broad transition area adjoins the broad linear useful area A of the expansion, but the critical boundary area B directly adjoins the useful area A, whereby this border area or emergency containment area is limited to a relatively short stretching area or stroke is limited.
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