DE4113521A1 - Vibrationsisoliervorrichtung - Google Patents
VibrationsisoliervorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein
auf das Gebiet der Vibrations- und Stoßisolierung.
Speziell bezieht sich diese Erfindung auf einen neuen und
verbesserten Untersatz, der ein zellulares oder geschäum
tes Elastomer enthält, um die Vibrationen durch
Isolierung, Dämpfung und Schutz vor Überlastungsstößen
unter Kontrolle zu halten.
Mechanische Vibrationen treten bei allen Maschinen
mit sich bewegenden Teilen auf. Solche mechanischen
Vibrationen können sowohl beim Betrieb, als auch bei der
Wartung der Maschine ernsthafte Probleme hervorrufen. Die
Aufgabe der Vibrationsisolierung besteht darin,
unerwünschte Vibrationen so unter Kontrolle zu bringen,
daß ihre nachteiligen Wirkungen innerhalb annehmbarer
Grenzen gehalten werden. Dies wird durch Verwendung von
Vibrationsisolatoren erreicht.
Vibrationssysteme weisen drei grundlegende Elemente
auf: (1) die Ausrüstung (Maschine, Komponente); (2) den
Vibrationsuntersatz oder Isolator; und (3) die Unterlage
(Fußboden, Platte). Wenn sich die Vibrationsquelle in der
Ausrüstung befindet, vermindert der Vibrationsisolator
die von der Ausrüstung auf die Unterlage übertragene
Kraft. Wenn die Unterlage die Vibrationsquelle ist, ver
mindert der Isolator die von der Unterlage auf die Aus
rüstung übertragenen Vibrationen. In beiden Fällen ist
die Dämpfungswirkung des Vibrationsisolators die gleiche.
Ein Vibrationsisolator bewirkt sowohl eine zeitliche
Verzögerung, als auch eine vorübergehende Energie
speicherung, wodurch die Kraft auf der einen Seite des
Isolators ausgeglichen wird, und auf der anderen Seite
des Isolators eine geringere, kontrollierte Störung über
tragen wird. Ein guter Vibrationsisolator hemmt daher
eine Reaktion der Ausrüstung auf eine Kraft oder eine
Bewegungsstörung. Ein Vibrationsisolator sollte die
Eigenfrequenz der "montierten" Ausrüstung in eine
Frequenz umwandeln, die wesentlich niedriger als die
Frequenz der Vibrationsquelle ist. Es ist offensichtlich,
daß ein schlecht entworfener Isolator mit einer
unerwünschten Frequenzcharakteristik schädlicher sein
kann als überhaupt kein Isolator. Von Vibrations
isolatoren wird auch Energie abgegeben oder aufgenommen.
Dieser Effekt wird durch die Dämpfungseigenschaften von
Materialien, viskose Fluids, Gleitreibung oder Stoß
dämpfer hervorgerufen. Der Zweck der Isolatordämpfung
ist, die Vibrationen so schnell wie möglich zu vermindern
oder abzuschwächen. Die Dämpfung wird bei Frequenzen, die
Resonanz verursachen, besonders wichtig. Resonanz tritt
auf, wenn die Eigenfrequenz der mit dem Isolator ver
sehenen Ausrüstung (die von der Steifigkeit des Isolators
und der getragenen Masse abhängt) mit der Frequenz der
Vibrationsquelle zusammenfällt.
Die dem Stand der Technik entsprechenden Untersätze
oder Isolierunterlagen weisen ein nachgiebiges Element
auf, um eine kontrollierte, weiche Auflage zu erhalten.
Das nachgiebige Element kann eine herkömmliche Stahl
feder, ein Drahtgeflecht, oder ein in einem Gehäuse
untergebrachtes festes Elastomer sein. Ein Kern oder
Stempel ist in funktionsfähiger Weise mit der Feder, dem
Drahtgeflecht oder dem festen Elastomer verbunden. Ein
Ende des Kerns oder Stempels ist außerdem mit der
Maschine verbunden, deren Vibrationen unter Kontrolle
gehalten werden sollen.
Während einfache und zuverlässige Stahlfeder- und
Drahtgeflecht-Untersätze oft Hilfskomponenten für die
Reibung (das heißt, die Vibrationsdämpfung) und die
Abbremsung (das heißt, den Überlastungsschutz) erfordern,
weisen Untersätze mit festen Elastomeren den Nachteil
auf, daß sie bei Anordnungen mit geringer statischer Last
keine ausreichende Abbremsung bewirken.
Die oben diskutierten und andere Probleme und
Mängel bei den dem Stand der Technik entsprechenden
Vorrichtungen sind bei dem Vibrationsisolator oder Unter
satz der vorliegenden Erfindung beseitigt oder ver
mindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Vibrationsisoliervorrichtung vorgeschlagen, aus einem
Gehäuse mit einer zentralen oberen Öffnung und einer
Grundplatte, und aus einen zumindest teilweise in dem
besagten Gehäuse angeordneten Kern mit einem sich durch
die besagte Öffnung erstreckenden Schaft und einer an
dem besagten Schaft befestigten Scheibe, die in dem
besagten Gehäuse in einem vorgegebenen Abstand über der
besagten Grundplatte angeordnet ist, wobei diese
Vibrationsisoliervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist,
daß das besagte Gehäuse zellulares elastomeres Material
enthält, das die besagte Scheibe und mindestens einen
Teil des besagten Schafts umgibt, und den besagten Kern
in funktionsfähiger Weise mit dem besagten Gehäuse
verbindet und innerhalb des besagten Gehäuses in einer
vorgegebenen Position hält.
Vorzugsweise füllt das zellulare Elastomer das
Gehäuse weitgehend aus. Außerdem besteht das zellulare
Elastomer bei einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung aus zellularem Urethan- oder zellularem
Silikonmaterial. Die Verwendung eines zellularen
Elastomers als Federelement eines Vibrationsisolators
weist gegenüber den dem Stand der Technik entsprechenden
Untersätzen viele besondere Merkmale und Vorteile auf. Ein
wichtiges besonderes Merkmal ist, daß das zellulare
Elastomer von Natur aus sowohl eine Dämpfung, als auch
einen Überlastungsschutz (wie beispielsweise eine
Abbremsung) bietet. Da bei der vorliegenden Erfindung ein
flüssiges, zellulares Elastomer in das Untersatzgehäuse
eingespritzt wird, ist außerdem offensichtlich, daß die
Erfindung im Vergleich zu der Multikomponenten-Struktur
von Stahlfeder- oder Drahtgeflecht-Untersätzen einen
einfachen, leicht herzustellenden und kostengünstigen
Untersatz bietet. In ähnlicher Weise bietet der
erfindungsgemäße Untersatz mit zellularem Elastomer
wesentliche Vorteile gegenüber Untersätzen mit festem
Elastomer, da er einen guten Überlastungsschutz
(infolge Abbremsung) bietet, der bei Untersätzen mit
festem Elastomer nicht vorhanden ist. Schließlich wird
bei Verwendung von zellularem Elastomer ein Untersatz
erhalten, der weniger leicht beschädigt werden kann,
weil das elastomere Material im wesentlichen auf Druck
beansprucht wird.
Die oben diskutierten und weitere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
auf diesem Gebiet aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung und den im Anhang beigefügten Zeichnungen
ersichtlich und verständlich werden.
Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug
genommen, bei denen in den verschiedenen Figuren gleiche
Teile mit der gleichen Kennziffer bezeichnet sind.
Die Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im
Schnitt, die einen erfindungsgemäßen Vibrationsisolier
untersatz wiedergibt.
Die Fig. 2 ist eine Draufsicht des Untersatzes der
Fig. 1.
Die Fig. 3 ist eine Seitenansicht, teilweise im
Schnitt, einer gegenüber der Fig. 1 ein wenig ver
schiedenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 4 ist ein typisches Diagramm, das die
Überragbarkeit in Abhängigkeit von der Frequenz für
einen erfindungsgemäßen Untersatz wiedergibt.
Die Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Last in
Abhängigkeit von der Eigenfrequenz für verschiedene
erfindungsgemäße Untersätze wiedergibt.
Die Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Last in
Abhängigkeit von der Durchfederung für verschiedene
erfindungsgemäße Untersätze wiedergibt.
Im folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 Bezug
genommen in der ein erfindungsgemäßer Vibrations
isolieruntersatz bei der allgemeinen Kennziffer 10
wiedergegeben ist. Der Untersatz 10 weist ein Gehäuse 12
auf, aus einer zylindrischen Seitenwand 14 und einer
oberen Begrenzungsfläche 16, in deren Mitte eine Öffnung
18 angebracht ist, und aus einer Bodenfläche in Form
eines quadratischen Flanschs 20, der in den Ecken mit
Montagebohrungen 22 versehen ist und in der Mitte offen
ist. Auf dem Bodenflansch 20 ist eine mit Montage
bohrungen 26 versehene quadratische Deckplatte 24 so
angebracht, daß die Montagebohrungen 22 mit den Montage
bohrungen 26 übereinstimmen. Die Bodenplatte 24 ist über
Nieten 28, die in den Öffnungen 22 und 26 angebracht
sind, mit dem Flansch 20 dauerhaft verbunden.
In der Öffnung 18 ist ein Kern oder Stempel 30
angeordnet, der einen bei einer flachen, kreisförmigen
Scheibe 34 endenden, zylindrischen Schaft 32 aufweist.
Eine Bohrung 36, vorzugsweise mit Innengewinde, verläuft
in Längsrichtung durch die Mitte des Schafts 32.
Gemäß einem neuartigen und wichtigen Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist der Kern 30 über ein
zellulares oder geschäumtes elastomeres Material 38 in
funktionsfähiger Weise mit dem Gehäuse 12 verbunden. Das
zellulare elastomere Material 38 füllt das Gehäuse 12
vorzugsweise vollständig (oder zumindest weitgehend) aus,
und fixiert den Schaft 32 in der zentralen Achse der
Öffnung 18. Außerdem fixiert das zellulare Elastomer 38
die Platte 34 des Kerns 30 in einem vorgegebenen Abstand
"d" über der Bodenplatte 24. Bei einem Untersatz mit
einer Gehäusehöhe von ungefähr 2,40 cm beträgt "d" vor
zugsweise 1,00 cm, wobei die gesamte Höhe zwischen dem
oberen Ende des Kerns 32 und der Bodenplatte 24 ungefähr
3,20 cm beträgt.
Im folgenden wird auf die Fig. 3 Bezug genommen,
in der ein Untersatz 40 einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wiedergegeben ist. Der Untersatz
40 ist ähnlich aufgebaut wie der Untersatz 10, wobei
gleiche Teile mit der gleichen Kennziffer und einem
zusätzlichen Apostroph bezeichnet sind. Der hauptsäch
liche Unterschied zwischen dem Untersatz 40 und dem
Untersatz 10 besteht darin, daß bei dem Schaft 32′ des
Kerns 30′ eine Schulter 42 vorgesehen ist.
Außerdem weist das zellulare Elastomer in dem
Gehäuse 12′ eine gespritzte, ringförmige Oberfläche 44
auf, die an die Schulter 42 angrenzt und einen
ringförmigen Zwischenraum 46 festlegt, der den Schaft 32′
umgibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der
Fig. 3 hat das Gehäuse 12′ eine Höhe von ungefähr
3,60 cm, "d" beträgt ungefähr 1,30 cm, und die gesamte
Höhe zwischen dem oberen Ende des Kerns 30′ und der
Grundplatte 24′ beträgt ungefähr 4,50 cm.
Sowohl das Gehäuse 12, als auch der Kern 30 können
aus einem geeigneten Metall oder Kunststoff bestehen.
Vorzugsweise bestehen das Gehäuse 12 und der Kern 30 aus
eloxiertem Aluminium, und die Ösen 22 aus verzinntem
Messing.
Um eine ausreichende Abbremsung zu erhalten,
beträgt der Abstand "d" vorzugsweise ungefähr 40% der
gesamten Höhe des Gehäuses 12 (oder 12′).
Das zellulare oder geschäumte elastomere Material
38 kann aus einem geeigneten bekannten zellularen
Elastomer bestehen. Vorzugsweise besteht das zellulare
Elastomer 38 aus einem flüssigen, zellularen Silikon
oder Urethanmaterial. Beispiele für geeignete zellulare
Urethanmaterialien sind die zellularen Urethane, die in
den US-Patenten Nr. 37 72 224; 39 47 386 und 46 92 476
beschrieben wurden. Außer den in den obigen US-Patenten
beschriebenen zellularen Urethanen gibt es ein weiteres
bevorzugtes Federmaterial für die Untersätze der vor
liegenden Erfindung, und zwar ein mikrozellulares
Urethan, das von der Rogers Corporation, Rogers,
Connecticut, USA, unter dem Warenzeichen ENDUR-C ver
trieben wird.
Bevorzugte ENDUR-C-Formulierungen, die im Handel
erhältlich sind, sind in der nachstehenden Tabelle 1
wiedergegeben. Im allgemeinen besteht der mikrozellulare
Urethanschaum ENDUR-C aus dem Reaktionsprodukt von
Polyäther- oder Polyesterpolyolen, funktionalen Hydroxyl
ketten-Extendern, und Polyisocyanaten. Amine oder metall
organische Katalysatoren und Silikon-Netzmittel werden
verwendet, um die Reaktionsgeschwindigkeit und die
Schaumstruktur zu steuern.
Die Zellgrößen des bei der vorliegenden Erfindung
verwendeten zellularen Elastomers liegen zwischen 50 und
400 Mikron, wobei die bevorzugte Zellgröße ungefähr 150
Mikron beträgt. Vorzugsweise hat der Schaum eine offene
Zellstruktur.
Die Untersätze der vorliegenden Erfindung eignen
sich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich
Büro- und Laborausrüstungen, Leichtmaschinen und Fahr
zeuge. Es ist ersichtlich, daß für das zellulare
Elastomer 38 und ebenfalls für die Scheibe 34 des
Kern 30 andere Abmessungen gewählt werden können, um
die Festigkeit des Untersatzes zu verändern, damit er
verschieden große Lasten tragen kann. Außerdem kann der
Abstand "d" innerhalb des oben angegebenen Bereichs ver
ändert werden. In der Tabelle 2 sind fünf Beispiele für
Untersätze mit verschiedenen Lastkapazitäten, die von
ungefähr 0,25 kg bis ungefähr 34 kg reichen, wieder
gegeben. Bei den Untersätzen der Tabelle 2 werden die in
der Tabelle 1 wiedergegebenen zellularen Urethan-
Schaumstoffe verwendet.
Im folgenden wird auf die Fig. 4 Bezug genommen,
die aus einem Diagramm besteht, in dem die Durchlässig
keit in Abhängigkeit von der Frequenz für den Untersatz
gemäß Beispiel 1 in Tabelle 1 und 2 wiedergegeben ist.
Die Fig. 4 zeigt, daß die Eigenfrequenz Fn dieses
Systems 11,8 MHz, und die Spitzendurchlässigkeit bei
dieser Frequenz 3,80 beträgt. Dieses System ist bei
Frequenzen über 16,7 Hz gegenüber Vibrationen isoliert.
Die Fig. 5 besteht aus einem Diagramm, in dem die Last
in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz für die fünf
Beispiele von Tabelle 1 und 2 wiedergegeben ist. In
ähnlicher Weise besteht die Fig. 6 aus einem Diagramm,
in dem die Last in Abhängigkeit von der Durchfederung für
die fünf Beispiele von Tabelle 1 und 2 wiedergegeben ist.
Die Vibrationsisolieruntersätze der vorliegenden
Erfindung weisen gegenüber den dem Stand der Technik
entsprechenden Untersätzen viele besondere Merkmale und
Vorteile auf. Im Gegensatz zu dem Stand der Technik wird
bei der vorliegenden Erfindung ein einziges Material
(zellulares Elastomer) verwendet, um sowohl die Dämpfung,
als auch die Abbremsung zu verwirklichen. Dies hat eine
kostengünstigere Herstellung und eine größere Haltbarkeit
des Produkts zur Folge. Mit dem geschäumten Elastomer
dieser Erfindung wird außerdem ein Untersatz erhalten,
der ein geringes Gewicht hat und daher leicht versandt
werden kann und bei Anwendungen eingesetzt werden kann,
bei denen das Gewicht eine Rolle spielt.
Claims (15)
1. Vibrationsisoliervorrichtung, aus einem Gehäuse
(12) mit einer zentralen oberen Öffnung (18) und einer
Grundplatte (24), und aus einem Kern (30), der zumindest
teilweise in dem besagten Gehäuse (12) angeordnet ist,
und aus einem sich durch die besagte Öffnung (18)
erstreckenden Schaft (32) und einer an dem besagten
Schaft (32) befestigten Scheibe (34) besteht, wobei die
besagte Scheibe (34) in dem besagten Gehäuse (12) in
einem vorgegebenen Abstand (d) über der besagten Grund
platte (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
das besagte Gehäuse (12) ein zellulares elastomeres
Material (38) enthält, das die besagte Scheibe (34) und
mindestens einen Teil des besagten Schafts (32) umgibt,
wobei das besagte elastomere Material (38) den besagten
Kern (30) in funktionsfähiger Weise mit dem besagten
Gehäuse (12) verbindet und in einer vorgegebenen Position
(d) innnerhalb des besagten Gehäuses (12) hält.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das besagte zellulare elastomere Material
(38) das besagte Gehäuse weitgehend ausfüllt.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das besagte zellulare elastomere
Material (38) Zellgrößen aufweist, die zwischen 50 und
400 Mikron liegen.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die besagten Zellgrößen ungefähr 150 Mikron
betragen.
5. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
besagte zellulare elastomere Material (38) aus
Polyurethan besteht.
6. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
besagte zellulare elastomere Material (38) aus Silikon
besteht.
7. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
besagte Gehäuse (12) einen zylindrischen Teil mit einem
unteren Flansch, und eine mit dem besagten unteren
Flansch verbundene Grundplatte (24) aufweist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die besagte Grundplatte (24) quadratisch
ist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die besagte Scheibe (34) kreisförmig
ist.
10. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorher
gehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der besagte Schaft (32) oberhalb der besagten Scheibe
(34) eine Schulter (42) aufweist.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet
durch einen ringförmigen Zwischenraum (46), der frei von
elastomerem Material ist, einen Teil des Schafts (32)
umgibt, und an die besagte Schulter (42) angrenzt.
12. Vorrichtung gemäß irgendeinem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
besagte vorgegebene Abstand zwischen der besagten Scheibe
und der besagten Grundplatte ungefähr 40% der Gesamthöhe
des besagten Gehäuses beträgt.
13. Verfahren zur Herstellung einer Vibrations
isoliervorrichtung aus einem Gehäuse (12) mit einer
zentralen oberen Öffnung (18) und einer Grundplatte (24),
und aus einem Kern (30), der zumindest teilweise in dem
besagten Gehäuse (12) angeordnet ist und aus einem sich
durch die besagte Öffnung (18) erstreckenden Schaft (32)
und einer an dem besagten Schaft (32) befestigten Scheibe
(34) besteht, wobei die besagte Scheibe (34) in dem
besagten Gehäuse (12) in einem vorgegebenen Abstand (d)
über der besagten Grundplatte (24) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß eine flüssige, schäumbare
Reaktionsmischung unmittelbar in das Gehäuse eingespritzt
wird; und daß die besagte Reaktionsmischung ausgehärtet
wird, wobei sich ein zellulares elastomeres Material in
dem besagten Gehäuse bildet, das die besagte Scheibe und
mindestens einen Teil des besagten Schafts umgibt.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die besagte Reaktionsmischung aus
flüssigem, spritzbarem Polyurethan besteht.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die besagte Reaktionsmischung aus
flüssigem, spritzbarem Silikon besteht.
Applications Claiming Priority (1)
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |