DE69007228T2

DE69007228T2 - Abfedernde Befestigung und elastischer Ring dafür.

Info

Publication number: DE69007228T2
Application number: DE69007228T
Authority: DE
Inventors: Pamela J Harrison; Richard D Hein
Original assignee: Gencorp Inc
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2010-06-02
Also published as: DE69007228D1; EP0421569B1; JPH03125050A; KR920010881B1; KR910007707A; MX168051B; EP0421569A1; BR9001244A; CA2011402A1; US5005811A; ES2051471T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum federnden Abfangen von Belastungen oder Dämpfen von Stoßbelastungen und insbesondere die elastischen Elastomerringe, die bei solchen Vorrichtungen verwendet werden.
Die US-A-2,819,060 und die US-A-2,819,063 sind typisch für die vielen Patente, die solche Vorrichtungen betreffen. Gemäß der US-A-2,819,060 werden kreisförmige Gummiringe mit gleichmäßigem Querschnitt verwendet, die zwischen gegenüberliegenden koaxialen konischen Oberflächen elastischen Widerstand gegen Belastungen in einer Richtung oder in zwei Richtungen entlang der Mittelachse der Ringe leisten.
Die EP-A-209280 beschreibt eine schwingungsdämpfende Halterung, bei der ein elastischer Ring, der rollbar zwischen zwei starren konischen Sitzflächen angeordnet ist, eine Vielzahl elastisch verformbarer Kugeln umfaßt, die durch dünne Verbindungshälse verbunden sind, die das Rollen der Kugeln erleichtern. Die Einleitungen von Anspruch 1 bzw. Anspruch 10 basieren auf diesem Dokument.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben sich mit dem Problem auseinandergesetzt, eine Vorrichtung dieses Typs zu schaffen, deren Reaktion "abgestimmt" werden kann, sodaß sie in verschiedene laterale Richtungen unterschiedlich ist.
In einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine Belastungen abfedernde Vorrichtung, die einen ersten Teil und einen zweiten Teil mit zumindest einem Paar gegenüberliegender konzentrischer starrer konischer Oberflächen sowie einen elastischen Ring umfaßt, der zum rollenden durch Zusammendrücken bewirkten Ineinandergreifen zwischen den konischen Oberflächen angeordnet ist, während sich diese relativ zueinander bewegen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ring zwei kleinere Querschnittsegmente aufweist, die über den Ring in einer ersten lateralen Richtung der Vorrichtung diametral entgegengesetzt sind und die zwischen zwei in einer zweiten lateralen Richtung der Vorrichtung quer zur ersten lateralen Richtung über den Ring diametral entgegengesetzten größeren Querschnittsegmenten eine Verbindung herstellen, wodurch die Vorrichtung in jede der genannten lateralen Richtungen eine andere elastische Reaktion auf Verformung aufweist.
In einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen elastischen Ring, der zum rollenden durch Zusammendrücken bewirkten Ineinandergreifen zwischen relativ bewegbaren gegenüberliegenden konzentrischen starren konischen Oberflächen einer Vorrichtung zur Abfederung von Belastung geeignet ist und Segmente mit kleinerem Querschnitt aufweist, die zwischen Segmenten mit größerem Querschnitt des Rings eine Verbindung darstellen,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwei genannte Segmente mit kleinerem Querschnitt, die über den Ring in einer ersten lateralen Richtung des Rings diametral entgegengesetzt ist, sowie zwei genannte Segmente mit größerem Querschnitt vorhanden sind, die über den Ring in einer zweiten lateralen Richtung des Rings quer zur ersten lateralen Richtung diametral entgegengesetzt sind, und dadurch, daß die Segmente mit größerem Querschnitt einen gleichmäßigen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sodaß sie torische Segmente darstellen.
In einem bevorzugten Aspekt wird ein torisch geformter elastischer Ring geschaffen, der zum rollenden, durch Zusammendrücken bewirkten Ineinandergreifen mit den Oberflächen, während sie sich relativ zueinander bewegen, zwischen einem Paar konzentrisch beabstandeter konischer Oberflächen angeordnet ist, umfassend:
(a) ein Paar gegenüberliegender, längerer torischer Segmente, die benachbarte gegenüberliegende Enden aufweisen; und
(b) ein Paar gegenüberliegender, kürzerer torischer Segmente, die gegenüberliegende Enden der längeren torischen Segmente miteinander verbinden, die im wesentlichen größere Querschnitte aufweisen als jene der kürzeren torischen Segmente.
Es ist auch nützlich, die Winkelbeziehung der Ringabstützeinrichtung relativ zur vertikalen Achse zu berücksichtigen, auf der die Einrichtung in der Belastung abfedernden Vorrichtung montiert ist. Diese Vorkehrungen, entweder einzeln oder gemeinsam, ermöglichen ein dynamisches Abstimmen des Verhältnisses in den drei Hauptachsen: vertikal, vorwärts und rückwärts und lateral.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein geteilter Querschnitt einer Vorrichtung zum Abfedern von Belastungen ist, bei der Elastomerringe eingesetzt werden, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellen, wobei die linke Hälfte der Figur die Vorrichtung in einer im wesentlichen unbelasteten Position mit den Ringen in einem entspannten nicht zusammengedrückten Zustand zeigt und die rechte Hälfte die Vorrichtung in einer belasteten Position mit zusammengedrückten Ringen zeigt;
Fig. 2 eine Draufsicht eines Elastomerrings ist;
Fig. 3 ein Querschnitt des Rings an der Linie 3-3 von Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der axialen Durchfederungsmerkmale der Vorrichtung ist, wenn Gummihärte, Kegelwinkel und Ringtypen variiert werden, und
Fig. 5 eine graphische Darstellung der radialen Durchfederungsmerkmale einer Vorrichtung ist, wenn in verschiedene Richtungen radiale Belastungen ausgeübt werden.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Zeichnungen, was ähnliche Teile betrifft, und spezielle Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Belastungen abfedernde Vorrichtung 5 gezeigt, die zwischen zwei Teilen A und B eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Vorrichtung 5 umfaßt im wesentlichen vier konzentrisch beabstandete, starre konische Metallflächen 6 bis 9, zwischen denen ein Paar verschieden großer Gummikreisringe oder torisch geformter Gummiringe 10,11 angeordnet ist, die sich mit den vier konischen Oberflächen 6 bis 9 rollend und durch Zusammendrücken in Eingriff befinden, wenn relative Bewegung zwischen den Teilen A und B auftritt, was die Oberflächen 6 bis 9 näher zueinander bringt.
Die oberste, nach innen gewandte konische Oberfläche 6 und die unterste, nach außen gewandte konische Oberfläche 9 sind an Teil A befestigt. Die nach außen und nach innen gewandten konischen Oberflächen 7, 8 sind an einem einzigen konischen Teil an Teil B befestigt.
Jeder der Ringe 10,11 umfaßt, wie am besten in den Fig. 2 und 3 zu sehen, ein größeres, das heißt am Umfang längeres, Paar torischer Segmente 12,13, die durch ein viel kürzeres Paar gegenüberliegender torischer Segmente 14,15 verbunden sind, die mit den längeren torischen Segmenten 12,13 um die kreisförmige, sich in Umfangsrichtung erstreckende Mittelachse des Rings konzentrisch sind und die kleinere Querschnittsflächen als die längeren oder größeren torischen Segmente 12,13 aufweisen, die beispielsweise einen Durchmesser D aufweisen, der das Doppelte des Druchmessers 0 der kleineren torischen Segmente 14,15 beträgt.
Bei der praktischen Ausführugn der Erfindung kann zwar jedes einer Reihe von Elastomeren verwendet werden, aber Gummi wird bevorzugt.
In Fig. 2 wird eine konische Oberfläche C in punktierter Linie dargestellt, um zu zeigen, wie ein Paar gegenüberliegender Ausnehmungen oder Lücken 16 und 17 in der Vorrichtung angrenzend an jede der kleineren zusammengedrückten Flächen der kleineren torischen Segmente 14,15 und angrenzend an die konische Oberfläche C ausgebildet ist. Man wird anerkennen, daß die oben beschriebene torische Anordnung für eine einzigartige elastische Belastungen abfedernde Eigenschaft der beiden verschiedenen torischen Segmente 12 und 13 und 14 und 15 sorgt.
Der Winkel der Abstützung für den Torus gemäß vorliegender Erfindung zur vertikalen Achse der Belastungen abfedernden Vorrichtung ist bezogen auf die Reaktionsrate der Vorrichtung wichtig. Einfach ausgedrückt, je spitzer dieser Kegelwinkel ist, desto weicher oder höher wird die vertikale (axiale) Reaktionsrate; andererseits wird die horizontale Reaktionsrate härter oder geringer, wenn der Kegelwinkel abnimmt.
Die mit Härtemesser ermittelte Härte des zur Herstellung des torisch geformten Rings verwendeten Elastomers trägt in einem größeren oder geringeren Ausmaß zur Reaktionsrate der Belastungen abfedernden Vorrichtung bei. Wenn alle anderen Variablen konstant bleiben, federt ein Gummi mit höherem Härtemaß, d.h. ein härterer Gummi, weniger durch als weicherer Gummi.
Fig. 4 veranschaulicht diese Wirkungen. In den Beispielen von Fig. 4 wurde die Durchfederung in der axialen Richtung gemessen, d.h. entlang der Richtung des in Fig. 1 gezeigten mittleren Verankerungsbolzens.
Die Kurven 1 und 2 (gestrichelte Linien) stehen für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer ungleichmäßigen Torusgestalt wie jener von Fig. 2. Jede Vorrichtung wies einen Kegelwinkel von 30º auf; Für Kurve 1 wurde Elastomer mit Härtemaß 66 (Shore A) für die Ringe verwendet; für Kurve 2 Härtemaß 48. Kurve 3 bezieht sich wieder auf 30º Kegelwinkel bei Ringen mit Härtemaß 48, jedoch mit einer einfachen Torusgestalt. Es ist festzustellen, daß die Verwendung von Tori, die Ausführungsformen der Erfindung darstellen, die axialen Reaktionsmerkmale nicht wesentlich beeinflußte.
Kurve 4, die sich auf einen einfachen Torus mit Härtemaß 48 beziehen, wobei der Kegelwinkel jedoch auf 15º verringert wurde, zeigt, wie die axiale Reaktion dadurch erhöht wird.
Die spezifische Konfiguration des Torus beeinflußt ebenso die Reaktion der Vorrichtung in verschiedene Richtungen. Eine Erhöhung des Durchmessers des Torus erhöht die Fahrzeugbelastungstragfähigkeit.
Die relativen Durchmesser der großen und kürzeren Paare von torischen Segmenten trägt zum ungleichmäßigen Reaktionsmerkmal in der horizontalen (radialen) Ebene bei.
Alle vier Kurven in Fig. 5 beziehen sich auf die gleiche Vorrichtung, mit einem Kegelwinkel von 30º und Ringen mit Härtemaß 48 in der Form von Fig. 2. Die Kurven 1 bis 3 sind Kurven der Durchfederung durch statische Belastung für radiale (horizontale) Belastungen.
Kurve 1 steht für die Belastung entlang einer Linie, welche die dickeren torischen Segmente halbiert, Kurve 2 für eine Linie, welche die dünneren torischen Segmente halbiert, und Kurve 3 für eine dazwischenliegende radiale Richtung mit 45º zu diesen.
Die statischen Federkonstanten KS wurden im in Fig. 5 mit "KS" bezeichneten Durchfederungsbereich ermittelt. Diese waren:
Kurve 1: KS 175 kg/cm (980 Pfund je Zoll)
Kurve 2: KS = 100 kg/cm (550 Pfund je Zoll)
Kurve 3: KS = 140 kg/cm (800 Pfund je Zoll)
Kurve 4 zeigt die axiale Durchfederung und ist somit die gleiche wie Kurve 2 in Fig. 4. KS für die vertikale Durchfederung betrug 35 kg/cm (200 Pfund je Zoll).
Wenn einer der rollenden Gummiringe gemäß vorliegender Erfindung relativ zum anderen beispielswiese in einem Winkel von 45º gedreht wird, ändert sich die Belastungsdurchfederung. Das ist leicht aus Fig. 5 zu erkennen, worin zu sehen ist, daß der Wert für Kurve 3 zwischen den Werten für die Kurven 1 und 2 liegt.
Somit ist ein einzigartiger rollender, elastischer Gummitorus oder -ring beschrieben worden, der dazu konstruiert werden kann, abfedernd auf verschiedene lateral angelegte Belastungen in radiale Richtungen gegen den Ring zu reagieren. Dieser Konstruktion ist eigen, daß sie, aufgrund der Rollfähigkeit eines jeden einzelnen Torus, für geringen Widerstand gegen konische Durchfederung sorgt.

Claims

1. Belastungen abfedernde Vorrichtung, umfaßend einen ersten und einen zweiten Teil (A,B) mit zumindest einem Paar gegenüberliegender konzentrischer starrer konischer Oberflächen (8,9;6,7) und einen elastischen Ring (10,11), der zum rollenden durch Zusammendrücken bewirkten Ineinandergreifen zwischen den konischen Oberflächen (8,9;6,7) angeordnet ist, während sich diese relativ zueinander bewegen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10,11) zwei Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt aufweist, die über den Ring in eine erste laterale Richtung der Vorrichtung diametral entgegengesetzt sind und eine Verbindung zwischen zwei Segmenten (12,13) mit größerem Querschnitt herstellen, die über den Ring in eine zweite laterale Richtung der Vorrichtung quer zur ersten lateralen Richtung diametral entgegengesetzt sind, wodurch die Vorrichtung eine unterschiedliche elastische Reaktion zur Durchfederung in jeder der genannten lateralen Richtungen aufweist.

2. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Segmente mit kleinerem Querschnitt (14,15) entlang dem Umfang kürzer sind als die Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt.

3. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Segmente (14,15) mit dem kleinen Querschnitt von den konischen Oberflächen (8,9;6,7) weg ausgespart sind.

4. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente (l2,13) mit größerem Querschnitt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

5. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Segmente mit größerem Querschnitt einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen, sodaß sie torische Segmente darstellen.

6. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt einen gleichmäßigen Querschnitt aufweisen.

7. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt und die Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt im wesentlichen um eine ringförmige Mittelachse des Rings (10,11) miteinander konzentrisch sind.

8. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ring (10,11) aus Gummi besteht.

9. Belastungen abfedernde Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ring (10,11) kreisförmig ist.

10. Elastischer Ring (10,11), der für rollendes durch Zusammendrücken bewirktes Ineinandergreifen zwischen relativ bewegbaren gegenüberliegenden konzentrischen starren konischen Oberflächen (8,9;6,7) einer Belastungen abfedernden Vorrichtung (5) geeignet ist und Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt aufweist, die eine Verbindung zwischen Segmenten (12,13) mit größerem Querschnitt des Rings herstellen,

dadurch gekennzeichnet, daß

zwei genannte Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt über den Ring (10,11) in einer ersten lateralen Richtung des Rings diametral entgegengesetzt sind und zwei genannte Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt über den Ring (10,11) in einer zweiten lateralen Richtung des Rings quer zur ersten lateralen Richtung diametral entgegengesetzt sind, und dadurch, daß die Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt einen gleichmäßigen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sodaß sie torische Segmente darstellen.

11. Ring nach Anspruch 10, bei dem die Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt entlang dem Umfang länger sind als die Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt.

12. Ring nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Segmente mit kleinerem Querschnitt (14,15) einen gleichmäßigen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

13. Ring nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Segmente (14,15) mit kleinerem Querschnitt und die Segmente (12,13) mit größerem Querschnitt im wesentlichen konzentrisch um eine ringförmige Mittelachse sind, die sich um den Ring (10,11) erstreckt.

14. Ring nach einem der Ansprüche 10 bis 13, der kreisförmig ist.

15. Ring nach einem der Ansprüche 10 bis 14, der aus Gummi besteht.