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DE2719468C2 - Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen - Google Patents

Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen

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DE2719468C2
DE2719468C2 DE2719468A DE2719468A DE2719468C2 DE 2719468 C2 DE2719468 C2 DE 2719468C2 DE 2719468 A DE2719468 A DE 2719468A DE 2719468 A DE2719468 A DE 2719468A DE 2719468 C2 DE2719468 C2 DE 2719468C2
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Germany
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spring constant
insulating
spring
seal
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DE2719468A
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Glenn Allan Waterloo Ia. Anderkay
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Deere and Co
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Publication date
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum to Isolieren von Schwingungen zwischen einem Schwingteil und einem gegenüber diesem dichtend über mindestens eine Kopfschraube verbundenen gegenüber der Kopfschraube schwirigungsisolierten zweiten Teil( wobei zwischen dem Kopf der Schraube und dem zweiten Teil ein erstes federeiastisches auf Druck beanspruchtes Isolierteil angeordnet ist und wobei ein weiteres eine Öffnung umgebendes Isolierteil vorgese
hen ist Bei dieser Vorrichtung (DE-OS 20 12 564) ist an einem Motorblock eine ölwanne über mehrere Schrauben schwingungsisoliert befestigt Im einzelnen ist an die ölwanne ein ringförmiges auf Druck beanspruchbares Isolierteil anvulkanisiert oder anders dauerhaft befestigt und mit einem als profilierte Leiste ausgebildeten Rahmenteil verbunden, zwischen dem und dem Motorblock eine Profildichtung vorgesehen ist Letztere wird über die Schrauben gegen die Ölwanne gedrückt, wohingegen das Isolierteil auf Zug beansprucht würde, wenn nicht zumindest ein zusätzliches Stützelement vorgesehen wäre, über das die Ölwanne körperschallisolierend abgestützt ist Das Stützelement besteht im wesentlichen aus einem in den Motorblock geschraubten Stehbolzen und einer elastischen Muffe, die zwischen der Ölwanne und einer auf den Stehbolzen aufschraubbaren Mutter gepreßt ist, so daß das Gewicht der Ölwanne auch von der Muffe und dem Stehbolzen aufgefangen wird.
Diese Vorrichtung ist insoweit nachteilig, als zur körperscballisolierenden, abdichtenden Befestigung der ölwanne neben der Reihe Schrauben zusätzliche Stützelemente erforderlich sind. Dadurch ist eine genaue Kontrolle des Schwingungsverhaltens zumindest erschwert, wenn nicht unmöglich.
Aus dem Aufsatz von S. H. Jenkins und H. K. Kuehner: Diesel Engine Noise Reduction Hardware for Vehicle Noise Control, Publikation der Society of Automotive Engineers Nr. 730 681 ist es weiterhin bekannt, in welchem Zusammenhang der Lärmpegel eines Motorzusammenbaus zu der Art der Befestigung von Zusatzaggregaten steht Es wird darin zum Ausdruck gebracht, welche Auswirkung die Verwendung von Isolierteilen zwischen Motor und Anbauaggregaten hat
Des weiteren sind auch Vorrichtungen bekanntgeworden (DE-AS 1196 021, US-PS 24 47 712, US-PS 21 96 428), die speziell ausgebildete Schwingungslager aufzeigen, mit denen ein Übertrage! von Schwingungen eines verankerten, aber dennoch vibrierenden Körpers auf dessen Fundament unterbunden werden sollen.
Keiner der Vorrichtungen kann jedoch eine Lehre entnommen werden, in welcher Beziehung die Kennwerte der betreffenden Isolierteile zueinander stehen sollen, um eine maximale Schwingungsdämpfung und eine ausreichende Dichtungsfunktion unter den jeweiligen Bedingungen zu erzielen.
Letztlich ist ein Isolierelement bekannt (US-PS 3128 999), das auf Grund seiner Ausbildung den Kontakt zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen vermeidet im übrigen aber die vorgenannten Nachteile in sich birgt
Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe wird dann gesehen, eine besonders einfache funktionell Verbindung von einer Schwingungsisolierung und einer Abdichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß das weitere Isolierteil durch die Kopfschraube auf Druck beansprucht, unmittelbar zwischen dem Sehwingteil und dem zweiten Teil als Dichtung vorgesehen ist und eine Federkonstante aufweist, die maximal das Zweifache derjenigen des ersten Isolierteils beträgt
Auf diese Weise wird bei der Verwendung einer einzigen Schraubenfeihe und gleichzeitiger Dichl· und Isolierfunktion die Übertragung der Schwingungen optimal unterbunden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung zur ί Schwingungsisolierung im Querschnitt, F i g. 2 ein erstes Isolierteil,
F i g. 3 ein weiteres Isolterteil,
Fig.4 eine Graphik, die die Übertragbarkeit veranschaulicht,
Fig.5 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 1, jedoch mit einem anderen Querschnittsprofil für das weitere Isolierteil,
Fig.6 das weitere Isolierteil nach Fig.5 in der Draufsicht, , -,
F i g. 7 eine weitere Ausführung im Querschnitt. In F i g. 1 der Zeichnung ist mil 10 ein Ausschnitt einer schwingungsisolierten Befestigung und mit 12 ein Schwingteil bezeichnet, der ein Verbrennungsmotor einer herkömmlichen, in der Zeichnung nicht dargestell- -'o ten Antriebsvorrichtung sein kann. Mit Abstand zu diesem Schwingtet! !2 ist ein zweiter Teii, im Ausführungsbeispiel eine Abdeckung 14 angeordnet, wie eine Ölwanne, ein Ventildeckel oder ein Luftansaugstutzen. _>-,
In den Schwingteil 12 ist eine öffnung in Form eines Durchgangskanals 16 eingearbeitet, der von Gewindebohrungen 18 umgeben ist. Lediglich eine einzige ist in der Zeichnung dargestellt. Die Abdeckung 14 ist mit Lochbohrungen 20 versehen, deren Anzahl und Anordnung derjenigen der Gewindebohrungen 18 entspricht und von denen der Einfachheit halber auch nur eine einzige dargestellt ist. Somit kann die Abdeckung 14 mit dem Schwingteil 12 bzw. seiner Oberfläche 21 über durch die Lochbohrungen 20 j> gesteckte und in die Gewindebohrungen 18 einschraubbare Kopfschrauben 22 verbunden werden. Auch hier ist nur eine einzige Kopfschraube 22 dargestellt.
Die typische Kopfschraube 22 weist einen Schraubenkopf 24 mit einem Schaftteil 26 von vorherbestimmter -w Länge auf und endet in einem Gewindeteil 28. In dem Schaftteil 26 ist eine Ringnut 30 eingedreht. Diese befindet sich in der Mitte des Schaftteiles 26 und soll einen O-förmigen Abdichtungsring 32 aufnehmen. Ein weiterer Dichtungsring 34 ist auf den Schaftteil 26 -r, derart aufgesteckt, daß er gegen den Schraubenkopf 24 anliegt, um eine einheitliche Druckfläche für ein nachgiebiges erstes Isolierteil in Form eines Isolierpuf fers 36 zu bildea Letzlerer kann aus elastischem Werkstoff, wie Gummi hergestellt sein und ist wie >o F! g. 2 zeigt, zylinderförmig mit einer mittigen Bohrung 38 ausgebildet Diese ist als sich leicht nach außen bildender Kegel 40 gearbeitet, dessen größter Durchmesser mit dem Durchmesser der Lochbohrungen 20 übereinstimmt v>
Die Kopfschraube 22 wird zusammen mit de.Ti Dichtungsring 34 und dem Isolierpuffer 36 durch die Lochbohrung 20 der Abdeckung 14 und dann noch durch ein zweites Isolierteil ausgehr(;et als eine nachgiebige Isolierdichtung 42 gesteckt, die au·, wi elastischem Werkstoff, wie Nitril· oder Silicongummi, hergestellt sein kann und, wie Fig, 1 und 3 zeigen, int Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und den Durchgangskahal 16 vollständig umgibt Wie ferner aus P i g. 3 hervorgeht, so sind in die isolierdichtung 42 Löcher 43 eingearbeitet, deren Anzahl und Anordnung derjenigen der Gewindebohrungen 18 iri dem Schwingieil 12 entspricht
Da die vorherbestimmte Länge des Schaftteils 26 der Kopfschraube 22 etwas kleiner als die nicht zusammengepreßte Länge des Isolierpuffers 36 und der Isolierdichtung 42 plus der Dicke des Dichtungsrings 34 und der Abdeckung 14 ist, werden im Zusammenbau der Isolierpuffer 36 und die Isolierdichtung 42 zusammengepreßt. Desweiteren ist der Abdichtungsring 32 zentrisch in der Lochbohrung 20 der Abdeckung 14 vorgesehen, so daß kein Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen der Kopfschraube 22 und der Abdeckung 14 entsteht
Um nun die optimalen geometrischen und physikalischen Kennwerte der Isolierpuffer 36 und der Isolierdichtung 42 bestimmen zu können, wird das Erregungs- und/oder das Anregungsfrequenzspektrum des Schwingteils 12 und/oder der Abdeckung 14 gemessen. Zunächst wird eine bevorzugte Eigenfrequenz für die Abdeckung 14 gewählt, die zwischen den größeren Resonanzfrequenzen liegt, jedoch im Frequenzspektrum so niedrig wie möglich ist Handelte es sich bei dem Schwingteil 12 um einen Fahrzeugmotor, so ergab sich, daß die bevorzugt Eigenfrequenz in einem Bereich zwischen 50 und 3dü Hertz lag und weiter, daß die ideale Federkonstante im equivalenten, statischen System in einem Bereich von ca. 32 800 see-2 bis ca. 1 613 000 see-2 multipliziert mit der Masse der Abdec!· ung 14 lag, was sich aus der Formel ergab:
2 .-
111
Hierbei ist:
fn = die Eigenfrequenz
a = der Faktor für die Federkonstante im dynamischen System
(1 für Stahlfedern)
(3 für elastischen Werkstoff)
K = die äquivalente Federkonstante des statischen Systems als Summe der Federkonstanten aller Isolierpuffer 36 und der Isolierdichtung 42
m = Masse der Abdeckung 14.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde die bevorzugte Eigenfrequenz mit ungefähr 100 Hertz ermittelt, so daß die Federkonstante im äquivalenten, statischen System ca. 132 000 see -2 multipliziert mit der Masse der Abdeckung 14 betrug, wie es sich aus vorgenannter Formel ergab.
Im Idealfalle sollten, um maximale Längsvibrationsverzugsverläufe zu erhalten, die statischen Federkonstanten der Isolierp-iffer 36 denen der Isolierdichtung 42 entsprechen, d. h. beiderseits der Abdeckung 14 sollten gleiche Federkonstanten bestehen. Dementsprechend würd· i!ie ideale, statische Federkonstante die Hälfte der Federkonstante des äquivalenten, statischen Systems betragen oder im Bereich von ca. 16 4CO see 2 bis ca. 806 500 see 2 multipliziert mit der Masse dei Abdeckung 14 liegen oder vorzugsweise ungefähr 000 see ? muhipliziert mit de- Masse der Abdeckung 14 betragen.
Beginnt man mit der im Querschnitt rechteckigen Isolierdichtung 42 und dei idealen, stättschenFedefkönstatue, so ergeben sibh die wirksamen Abmessungen und der Elastizitätsmodul (bei Kompression) der Isolierdichtung 42 at's der !Formel:
Hierbei ist:
Jt = die Federkonstante der Isolierdichtung 42
P = der effektive Umfaing
W = die Breite
E = Elastizitätsmodul (bei Kompression)
T = die Dicke
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Umfang P durch die Schraubeftanordnung, die Breite W durch die FlanschabmesSüngen an der Abdeckung 14, der Elastizitätsmodul E durch den Wunsch nach dem möglichst weicheslen Werkstoff, um die niedrigst mögliche Frequenz zu erha'lten, und die Dicke Γ durch die vorhandene Härte im Durometer und die gewünschte Dicke beeinflußt bzw. bestimmt. Wenn man zum Beispiel die Dicke T herausgreift, so ergibt sich, wenn die Isolierdichtung 42 schon um 10% zusammengepreßt ist, unabhängig von der Härte des Werkstoffes eine Dichtung, üie Vcfiüäic an Flüssigkeit, wie Ö!, verhindert.
Ausgehend von den Konatruktionsmerkmalen für die Isolierdichtung 42 wird eine neue Federkonstante für die Isolierdichtung 42 berechnet, die dann dazu benutzt wird, um die geometrischen und physikalischen Kennwerte der zylindrischen Isolierpuffer 36 nach der Formel zu erhalten:
A'
(D1
Hierbei ist:
A-' = die Federkonstante des Isolierpuffers 36
D - Außendurchmesser
d = Innendurchmesser
E' = Elastizitätsmodul (bei Kompression)
N = Anzahl der Isolierpuffer
t = die Dicke
Die Federkonstante für den Isolierpuffer 36 wird bestimmt für einen Außendurchmesser D. der durch den Außendurchmesser des Dichtungsrings 34 bestimmt ist, für einen Innendurchmesser d der durch den Durchmesser der Kopfschraube 22 bestimmt ist. für einen Elastizitätsmodul E'. der durch den Wunsch nach dem möglichst weichesten Material bestimmt ist, und für eine Dicke U die durch den Wunsch nach gleichmäßiger Kompression bestimmt ist. Wie leicht zu ersehen ist, werden in einem iterativen Verfahren die besten Federkonstanten unter Berücksichtigung von Abmessungen und Härte erhalten
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel hat sich gezeigt, daß bei einer Isolierdichtung 42 mit einem Härtewert (Durometer) von 40 und bei Isolierpuffern 36 tnit einem Härtewert (Durometer) von 70 die Federkonstanten bei der weichesten, im Einsatz zu vertretenden Härte am dichtesten zusammenliegen.
Während sich vorstehende Ausführungen auf das bevorzugte Ausführangsbeispiel beziehen, sollte auch noch auf Fig.4 Bezug genommen werden, deren Graphik die Übertragbarkeit (TR) gegenüber dem Frequenzverhältnis (r) für ein gegebenes Material angibt und die die erlaubten Abweichungen von dem bevorzugten Ausführungsbeispiel begrenzt Hierbei wird die Ubertragbarkeit (TR) als das Verhältnis von übertragener Kraft zu aufgebrachter Kraft auf ein Material definiert und das Frequenzverhältnis als das Verhältnis von aufgebrachter Frequenz zur Eigenfrequenz. Die in Fig.4 gezeigte Graphik gilt für ein Material, das ein spezifisches Dämpfungsfaktorverhältnis hat. Dieses beträgt beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ungefähr 0,1. Bei der Auswertung der Fig.4 fällt auf, daß eine Abweichung der Kurve bei einem Frequenzverhältnis von etwa 1,2 auftritt Dies deutet darauf hin, daß eine Abweichung der Eigenfrequenz nach der Konstruktion von der tatsächlichen Eigenfrequenz um 20% (aufgebrachte Frequenz=!\£ Eigenfrequenz) ein System ergibt, dessen Übertragbarkeit im
ίο Bereich des bevorzugten Systems liegt.
Unter Benutzung der erstgenannten Gleichung und des Resultats für die Federkonstante ergibt sich, daß die 20% Abweichung bei der Frequenz es ermöglicht, daß die Federkonstante entweder der Isolierdichtung 42
π oder der Isolierpuffer 36 etwa das 1,44fache oder das annähernd 1.5fache des anderen sein kann, ohne daß die Isolierfähigkeiten des Systems dadurch geschmälert wurden.
Au« tuner weiteren Auswertung der F i g. 4 geht
>o hervor, daß die Übertragbarkeit weniger als 1 bei einem Frequenzverhältnis von ungefähr 1,4 wird. Dies bedeutet auf eine Abweichung der berechneten Eigenfrequenz nach der Konstruktion von der tatsächlichen Eigenfrequenz hin, jenseits der die gewünschten Isolationsfähigkeiten des Systems verloren gehen. Unter Verwendung der erstgenannten Gleichung und des Resultats für die Federkonstante ergibt sich, daß eine 4f"Vo Abweichung der Frequenz es erlaubt, daß die Federkonstante entweder der Isolierdichtung 42 oder
υ der Isolierpuffer 36 ungefähr doppelt so groß wie die andere sein kann, bevor der Isolierungseffekt verloren geht
Die Wirkung der Federkonstante bei Scherbeanspru chung in Richtungen, die senkrecht zu der Federkon-
j5 stante bei Kompressionsbeanspruchung verlaufen, muß überprüft werden, um sicherzustellen, daß die parallel zur Oberfläche 21 verlaufende Eigenfrequenz nicht größer ist als die senkrecht dazu verlaufende Eigenfrequenz. Sollte sie größer sein, so müssen obige
■to Berechnungen angestellt werden, um zu einer Konstruktion zu kommen, die geeignet ist für Schwingungen, die parallel zur Oberfläche 21 verlaufen. Außerdem ist die Eigenfrequenz, die senkrecht zu der Oberfläche 21 verläuft, zu prüfen, um sicherzustellen, daß sie bei der Konstruktionsabänderung nicht vergrößert wurde.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt Dieses weist eine Isolierdichtung 44 auf, die zwischen der Abdeckung 14 und dem Schwingteil 12 vorgesehen ist Hierbei bezeichnen gleiche Bezugszahlen Teile, die mit dem vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmen. Aus Fig.5 unr1 6 geht hervor, daß der Querschnitt der lsolierdichtur.g 44 H-förmig ausgebildet ist
In den Fällen, in denen es wünschenswert ist, das gleiche Material gleicher Härte für die Isolierdichtung 44 und die Isolierpuffer 36 zu verwenden, können etwa gleiche Federkonstanten dann dadurch erreicht weirden, daß der Querschnitt der Isolierdichtung oder der der Isoüerpuffer geändert wird. Die gleichen, vorstehend
aufgeführten Gleichungen sind dann anwendbar, mil der Ausnahme, daß it und ir'durch eine Gleichung bestimmt werden, die vom Querschnitt der Isolierdichtung oder der Isolierpuffer senkrecht zu der Oberfläche 211 des Schwingteils 12 abhängt Die IsoBerdichtung 44 wird in
etwa die gleiche Federkonstante wie die Isolierpuffer 36 haben, und zwar 70 Härisgrsd (Curometer).
In Fig.7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Metallfeder 46 dargestellt, die zwischen der
Abdeckung 14 und dem Dichtungsring 34 vorgeshen ist. Auch hier sind für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern verwendet worden. Auch die Metallfeder 46 wirkt ähnlich wie ein Isolierpuffer, um etwa gleiche Federkonstanten zu erzielen.
1 lk.T/11 _' IJInIt /cichiuinuon

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen zwischen einem Schwingteil und einem gegenüber diesem dichtend über mindestens eine Kopfschraube verbundenen gegenüber der Kopfschraube schwingungsisolierten zweiten Teil, wobei zwischen dem Kopf der Schraube und dem zweiten Teil ein erstes federelastisches auf Druck beanspruchtes Isolierteil angeordnet ist und wobei ein weiteres eine öffnung umgebendes Isolierteil vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Isolierteil (42, 44) durch die Kopfschraube (22) auf Druck beansprucht, unmittelbar zwischen dem Schwingteil i.i (12) und dem zweiten Teil (14) als Dichtung vorgesehen ist und eine Federkonstante aufweist, die maximal das Zweifache derjenigen des ersten Isolierteils (36) beträgt
2. Vom. htung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Jsolierteil (42) um wenigstens 10% seiner Stärke zusammenpreßbar ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das weitere Isolierteil (36, 42) im wesentlichen identische vertikale Querschnitte aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des ersten oder weiteren Isolierteils (36, 42) maximal das l,5fache der Federkenstante des weiteren oder ersten Isolierteils beträgt
5. Vorrichtung nacn Ansp. uch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fecertonstar.te des ersten oder weiteren Isolierteils (36,42) dt, 0,66- bis l^fache der Federkonstante des weiteren oder ersten Isolierteils (42,36) beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des ersten oder weiteren Isolierteils (36, 42) der des weiteren oder *o ersten Isolierteils (42,36) entspricht
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder weitere Isolierteil (36, 42) eine Federkonstante im Bereich von ca. 16 400 see-2 bis ca. 806 500 sec~J multipliziert mit der Masse des zweiten Teils (14) aufweist
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante des ersten oder weiteren Isolierteils (36, 42) ca. 66 000 see2 so multipliziert mit der Masse des zweiten Teils (14) beträgt.
9 Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eines Isolierteils (36, 42) « H-förmig ausgebildet ist.
DE2719468A 1976-05-12 1977-05-02 Vorrichtung zum Isolieren von Schwingungen Expired DE2719468C2 (de)

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GB (1) GB1582147A (de)
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