RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (12) PL (11) 164153 (13)B1 (21) Numer zgłoszenia: 276975 (51) IntCl5: F 16F 7/12 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 30.12.1988 Amortyzator elastyczny (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Szczecińska, Szczecin, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 09.07.1990 BUP 14/90 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.1994 WUP 06/94 ( 7 2 ) Twórcy wynalazku: Zbigniew Rosłaniec, Szczecin, PL Henryk Wojcikiewicz, Szczecin, PL Roman Nowak, Poznań, PL Michał Białogłowski, Wołów, PL (74) Pełnomocnik: Biegała Teresa, Politechnika Szczecińska (57) 1. Amortyzator elastyczny zawierający co najmniej jeden element sprężysty z termoplastycznego elastomeru estroeterowego, znamienny tym, że element sprężysty p o sia d a część w ew n ętrzn ą (5) zawierającą wewnątrz przestrzenie (6) wypełnione gazem oraz część zewnętrzną (1) z litego elastomeru. PL 164153 B1
Amortyzator elastyczny Zastrzeżenia patentowe 1. Amortyzator elastyczny zawierający co najmniej jeden element sprężysty z termoplastycznego elastomeru estroeterowego, znamienny tym, że element sprężysty posiada część wewnętrzną (5) zawierającą wewnątrz przestrzenie (6) wypełnione gazem oraz część zewnętrzną (1) z litego elastomeru. 2. Amortyzator według zastrz. 1, znamienny tym, że część wewnętrzną (5) elementu sprężystego ma postać kształtki (24) uformowanej oddzielnie, a następnie oblanej elastomerem. 3. Amortyzator według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzenie (6) wypełnione gazem mają postać rozproszonych porów. 4. Amortyzator według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzenie (6) w części wewnętrznej (5) tworzą objętościowe kształtki (25) wypełnione gazem. 5. Amortyzator według zastrz. 1, znamienny tym, że element sprężysty ma umieszczoną wewnątrz przegrodę (7,11,16,19,23). 6. Amortyzator według zastrz. 5, znamienny tym, że przegroda (7, 17, 19) i element sprężysty mają współosiowy otwór (8,18,21). 7. Amortyzator według zastrz. 5, znamienny tym, że przegroda (19) ma czop (20) wystający na zewnątrz elementu sprężystego. * * * Przedmiotem wynalazku jest amortyzator elastyczny zawierający elementy sprężyste z termoplastycznego elastomeru estroeterowego, pracujący na ściskanie, stosowany jako samodzielny absorber drgań mechanicznych lub jako część większych urządzeń amortyzujących, zwłaszcza zderzaków kolejowych, amortyzatorów okrętowych, ograniczników krańcowych urządzeń dźwigowych itp. Znany z opisu patentowego PRL nr 128 753 amortyzator elastyczny składa się z szeregu wewnętrznych i zewnętrznych pierścieni sprężystych ułożonych w stosy przedzielone metalowymi płytami przegradzającymi, osadzonych na wspólnym trzpieniu. Pierścienie sprężyste wykonane są z elastomerów mających różne charakterystyki odkształcenia i amortyzacji, pierścienie wewnętrzne mają inne charakterystyki niż pierścienie zewnętrzne, przy czym zarówno jedne jak i drugie pierścienie wykonane są z jednorodnego, litego elastomeru. Znane są z opisu patentowego PRL nr 126 345 elementy sprężyste amortyzatorów wykonane w postaci litych odlewów z termoplastycznych elastomerów poliestrowych. W celu uzyskania odpowiednich charakterystyk mechanicznych, a szczególnie dużej absorpcji i małych odkształceń trwałych przy ściskaniu, elementy sprężyste poddaje się obróbce cieplnej i mechanicznej polegającej na ogrzewaniu elastomeru estrowego powyżej 120 C przez okres ponad 50 godzin oraz poddawanie go działaniu siły ściskającej. Z opisu patentowego PRL nr 119 454 znany jest amortyzator w postaci sprężyny gumowo-metalowej wykonanej z warstw gumowych o różnej powierzchni roboczej i różnym nachyleniu do osi działania sił ściskających przez co uzyskuje się korzystną kombinację roboczych obciążeń ściskających i ścinających. Z opisu patentowego PRL nr 116 489 znany jest zderzak gumowo- metalowy, w którym przestrzeń pomiędzy metalowymi płytami przegradzającymi wypełniona jest środkami smarowymi. Z opisu patentowego PRL nr 139 783 znany jest wibroizolator drgań mechanicznych posadowionych na nim maszyn wykonany z elastomerowych litych kształtek dwu wypukłych i dwuwklęsłych, zamkniętych płytami metalowymi.
164153 3 Amortyzatory gumowe wymagają pracochłonnej technologii wulkanizacji i łączenia z metalem, zaś trwałość ich, zwłaszcza przy pracy w niskich temperaturach jest niezadawalająca. Wszystkie znane, wyżej przedstawione rozwiązania amortyzatorów posiadają elementy sprężyste wykonane z litego elastomeru. Wymaganą charakterystykę tłumienia drgań oraz absorbcji energii mechanicznej uzyskuje się drogą doboru odpowiedniej ilości elementów sprężystych oraz metalowych płyt przegradzających lub sprężyn, lub obróbką cieplno-mechaniczną. Tego rodzaju ograniczenia konstrukcyjne powodują, że w niektórych przypadkach uzyskanie odpowiedniej charakterystyki wymaga znacznej rozbudowy amortyzatora, a nawet wyklucza możliwości zastosowania tego typu amortyzatorów. Istota wynalazku polega na tym, że element sprężysty amortyzatora wykonany z termoplastycznego elastomeru estroeterowego posiada część wewnętrzną, stanowiącą jego rdzeń, zawierającą przestrzenie wypełnione gazem oraz część zewnętrzną o postaci litej. Przestrzenie wypełnione gazem mają postać rozproszonych porów uzyskanych znanymi sposobami, na przykład przez dodanie środka porotwórczego w trakcie formowania odlewu, mogą być również wykonane w postaci obojętościowych kształtek, na przykład zamkniętych pierścieni wykonanych z węża gumowego, zalanych następnie elastorem. Ilość i wielkość przestrzeni wypełnionych gazem w rdzeniu elementu sprężystego oraz grubość zewnętrznej warstwy litej ustalona jest w zależności od wartości naprężeń ściskających amortyzatora oraz wartości maksymalnych odkształceń. Ze względu na różne gęstości właściwe części rdzeniowej i części zewnętrznej elementu sprężystego możliwe jest uzyskanie różnych charakterystyk odkształcenia i amortyzacji w sposób kontrolowany, odpowiednio do założonych z góry parametrów, dobierając odpowiednio liczbę porów, ich wielkość oraz odległości pomiędzy nimi. Część wewnętrzną elementu sprężystego może stanowić jedność z częścią zewnętrzną uzyskaną poprzez jednoczesne ich formowanie w procesie odlewania, a może to być niezależna kształtka formowana oddzielnie i następnie oblana litym elastomerem. Nieoczekiwanie okazało się, że przez zastosowanie zróżnicowanej struktury części wewnętrznej i zewnętrznej elementu sprężystego oraz odpowiednich proporcji geometrycznych pomiędzy przestrzeniami wypełnionymi gazem a ośrodkiem elastomerowym w części wewnętrznej oraz częścią wewnętrzną i zewnętrzną (litą) można uzyskać amortyzatory o bardzo szerokich zakresach charakterystyk mechanicznych [zdolnych do durnienia drgań oraz absorpcji energii mechanicznej w normalnych oraz w obniżonych (do -30 C) temperaturach]. W ten sposób w amortyzatorach jedno lub wieloelementowych, przy tych samych gabarytach amortyzatorów, można uzyskać znacznie szerszy zakres charakterystyk mechanicznych w stosunku do amortyzatorów tradycyjnych o litej budowie elementów sprężystych. Umieszczenie płyty metalowej przegradzającej wewnątrz jednego lub w większej ilości elementów sprężystych zmniejsza podatność amortyzatorów na wyboczenia podczas ściskania. Płyty przegradzające umieszczone wewnątrz elementów sprężystych oraz zewnętrzne mają otwory przelotowe, które po zalaniu elastomerem wiążą trwale płytę z elementem sprężystym. Elementy sprężyste wraz z płytami przegradzającymi zestawione mogą być w stos złożony z 8-24 elementów sprężystych przegrodzonych płytami metalowymi tworząc amortyzator o dużej absorpcji energii mechanicznej nadający się do wykorzystania w zderzakach kolejowych. Amortyzatory pojedyncze mogą być zestawione w stos na wspólnym trzpieniu przechodzącym przez współosiowe centralne otwory wykonane w elementach sprężystych oraz płytach przegradzających. Umieszczenie w elemencie sprężystym płyty metalowej z czopem wystającym na zewnątrz elementu sprężystego pozwala na wykorzystanie tego czopa jako elementu mocującego. Taka konstrukcja elementu sprężystego pozwala stosować go bezpośrednio jako podkładki amortyzujące pod ciężkie maszyny drgające, lub w zestawach 2-3 elementów połączonych przez otwory w czopie. Amortyzatory według wynalazku oprócz wyjątkowo korzystnych parametrów działania charakteryzują się zwartością konstrukcji, wyższą od dotychczas znanych trwałością eksploatacyjną i nie wymagają obróbki cieplnej elementów sprężystych. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojedynczy element sprężysty częściowo w widoku, a częściowo w przekroju osiowym, fig. 2 przedstawia część rdzeniową elementu sprężystego częściowo w widoku, a
4 164153 częściowo w przekroju osiowym, fig. 3 przedstawia element amortyzatora okrętowego częściowo w widoku, a częściowo w przekroju osiowym, fig. 4 przedstawia elementy amortyzatora okrętowego, częściowo w widoku, a częściowo w przekroju w płaszczyźnie poprzecznej A-A na fig. 3, fig. 5 - przedstawia część rdzeniową elementu sprężystego stosowanego w amortyzatorach kolejowych częściowo w widoku, a częściowo w przekroju osiowym, fig. 6 przedstawia część rdzeniową elementu sprężystego do amortyzatora okrętowego, częściowo w widoku, a częściowo w przekroju osiowym, fig. 7 przedstawia odmianę konstrukcjną środkowego fragmentu (rdzenia) elementu sprężystego, fig. 8 przedstawia zestaw elementów sprężystych zestawionych w stos. Amortyzator według wynalazku posiada jeden lub więcej elementów sprężystych wykonanych z termoplastycznego elastomeru estroeterowego. Element sprężysty posiada część zewnętrzną 1 wykonaną 1 wykonaną z materiału litego oraz część wewnętrzną 5, stanowiącą jego rdzeń, zawierającą przestrzenie 6 wypełnione gazem. Przestrzenie 6 mają postać porów rozproszonych w materiale rdzenia, a ich ilość i wielkość wpływa na gęstość właściwą rdzenia, która to gęstość jest w każdym przypadku mniejsza od gęstości właściwej części zewnętrznej elementu. Poprzez odpowiednie kształtowanie części litej i rdzeniowej można uzyskać różne charakterystyki odkształcenia i amortyzacji. Przestrzenie wypełnione gazem formuje się podczas wykonywania odlewu na wtryskarce, dodając środek porotwórczy do materiału wyjściowego (granulat polimerowy zawierający elastomer estroeterowy oraz segmenty oligoestrowe). Część wewnętrzna 5 może być formowana oddzielnie w postaci porowatej kształtki, a następnie oblana litym elastomerem. Element sprężysty umieszczony jest między płytami 2 i posiada występy 3, które wchodzą w otwory 4 w płytach 2. W części wewnętrznej 5 elementu sprężystego osadzona jest pierścieniowa płyta metalowa 7, wystająca poza jej obrzeże, a w części środkowej wykonany jest otwór 8. Elementy sprężyste mogą być zestawione w blok elastomerowy 9 z rdzeniem 10, zawierającym zamknięte przestrzenie wypełnione gazem. Blok elastomerowy 9 przedzielony jest płytami perforowanymi 11. Perforacje mogą mieć kształt otworów 12 o różnych średnicach lub szczelin 13. Płyty 11 mogą mieć również większe otwory 14 łączące elastomer w bloku. W innym wykonaniu, część wewnętrzna 5 elementu sprężystego ma przegrodę perforowaną 15, umieszczoną wewnątrz oraz centralny otwór przelotowy 18. Przegroda 15 posiada występ 17 ustalający jej położenie wewnątrz elementu sprężystego, a część wewnętrzna 16 tej przegrody wystaje do wnętrza otworu 18. Tego typu element sprężysty może być wykorzystany jako wkładka do amortyzatora kolejowego. W innej odmianie element sprężysty posiada wewnątrz porowatego bloku elastomerowego 5 metalową płytę 19 połączoną z czopem 20. Wychodzący z otworu 21 czop 20 posiada niesymetrycznie umieszczony otwór 22, stanowiący miejsce zamocowania w amortyzatorze. Taka konstrukcja elementu sprężystego pozwala stosować go bezpośrednio jako podkładki amortyzujące pod ciężkie maszyny drgające lub w zestawach 2-3 elementów połączonych za pomocą otworu w czopie 20. W innej odmianie części wewnętrznej elementu sprężystego mającego postać kształtki 24 przestrzenie wypełnione gazem uzyskuje się przez zestawienie kilku krążków 25, wykonanych z węża gumowego zbrojonego oplotem z kordu stalowego i poliamidowego i połączenie trwałe ze sobą jego końcówek. Średnica krążków jest tak dobrana, aby dały się one ułożyć ściśle obok siebie. Krążki 25 przymocowane są do płyty metalowej perforowanej, stanowiącej przegrodę 23. Krążki 25 po zamontowaniu na przegrodzie 23 zalane są poliuretanową masą klejową. Tak wykonaną kształtkę 24 oblewa się stopionym elastomerem uzyskując blok 26, stanowiący element sprężysty amortyzatora. W badaniach statycznych uzyskano następujące parametry energetyczne bloku: jednostkowe przejęcie energii v = 6,1 J/cm3, współczynnik dysypacji energii Φ = 0,66, odkształcenie względne e = 0,37, zmianę odkształcenia względnego przy ściskaniu w temperaturze - 30 C Δe = 16%, przy nacisku jednostkowym P = 720 dan/cm 2.
Fig. 5 Tig.7 Fïg.6 Fig.8
164153 Fig.1 Fig. 2 Fig.3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł