Konstruktionsaspekte

Zur Berechnung der Druckdeformation von Gummi wurde schon erwähnt, dass die Federung nicht direkt proportional zur Belastung steht, sondern dass der Druckelastizitätsmodul mit der Beanspruchung ansteigt. Der Schubmodul ist dagegen bei normalen Beanspruchungen konstant.

  • Schubmodul in Abhängigkeit von Gummihärte

    Abbildung 6 – Schubmodul in Abhängigkeit von Gummihärte


    Schubmodul in Abhängigkeit von Gummihärte

  • Druckmodul in Abhängigkeit vom Formfaktor

    Abbildung 7 – Druckmodul in Abhängigkeit vom Formfaktor


    Druckmodul in Abhängigkeit vom Formfaktor





Von größter Wichtigkeit für den Elastizitätsmodul ist das Verhältnis zwischen belasteter und freier Oberfläche. Dieser sogenannte Formfaktor (nachstehend mit S bezeichnet), ist bei einer Gummifeder von großem Einfluß auf den Elastizitätsmodul. Bei sehr dünnem Gummi kann sich ein außerordentlich hoher Elastizitätsmodul ergeben, ES=EO (1+2 – konst * S2). Im übrigen wird die Steifigkeit einer Gummifeder durch die Abmessungen und durch die Härte des Gummis bestimmt.

Abbildung 6 lässt den Zusammenhang zwischen Gummihärte und Schubmodul erkennen; Abbildung 7 zeigt die Abhängigkeit des Druckmoduls vom Formfaktor.

Die letztgenannten Kurven gelten bei 10 % Deformation. Aus den Kurven ist zu ersehen, dass Gummi beim Formfaktor 0,25 und bei gleicher Gummihärte Schub gegenüber etwa 6-8 mal so weich ist. Da man bei Druck nur mit 3-4-facher Beanspruchung im Vergleich zu Schub rechnen kann, wird Gummi als Feder am besten genutzt, wenn Schub vorgesehen wird. Da sich der Schubmodul außerdem nicht nennenswert in Abhängigkeit von Belastung und Form ändert, wählt man heute allgemein diese Belastungsart von Gummifedern, falls große Federung verlangt wird. Ein großer Federweg bedeutet eine gute Isolation vor allem bei niedrigen Erregerfrequenzen. Die angegebenen Modulwerte gelten bei einem statischen Druckversuch, bei dem die Stirnflächen nicht gleiten können. Wenn man Gummi schnellen Vibrationen aussetzt, verhält er sich als ob er steifer wäre. Eine Gummifeder ruft demnach eine statische und dynamische Federkonstante hervor. Die dynamische Federkonstante ist von der Frequenz und Amplitude abhängig. Der Amplitudeneinfluss ist derartig, dass der Gummidämpfer steifer wird bei Abnahme der Amplitude. Die meisten erwähnten Elemente sind dynamisch getestet besitzen eine Amplitude von 0,05 mm. Das Verhältnis zwischen dynamischer und statischer Steifheit hängt von dem Material und der geometrischen Formgebung des Dämpfers ab. Für die in diesem Katalog aufgeführten Dämpfer liegt das Verhältnis zwischen 1,2 und 1,9. Die ausführlichen Datenblätter für jede spezifische Dämpferreihe enthalten Berechnungsunterlagen basierend auf den im Labor getesteten dynamischen Federkonstanten.

Eine sehr wichtige Frage ist, wie groß die Dauerbeanspruchung des Gummis sein darf. Wenn es sich um Schub handelt, rechnet man gewöhnlich mit 0,25 MPa als normale Beanspruchung, kann aber in gewissen Fällen ohne weiteres auf 0,5 MPa steigern.
Höhere Schubbeanspruchungen sind unzweckmäßig, da die Schubspannung dabei leicht in eine Zugspannung übergeht.

Erfahrungsgemäß sind Zugspannungen sehr ungünstig für Gummi-Metallverbindungen. Wenn diese hohen Schubbeanspruchungen ausgesetzt werden, ist der Gummi somit ein wenig unter Druck vorzuspannen. Bei Druckbeanspruchung rechnet man gewöhnlich mit 1 MPa für an Metall befestigte Gummielemente, jedoch mit der Einschränkung, dass die Deformation nicht größer als 20-25% sein darf. Bei hartem Gummi kann man die Beanspruchung ein wenig steigern. Die Verbindung von Gummi mit Metall ist keine Schwachstelle und stärker als der Gummi selbst. Wenn die belastete Oberfläche im Verhältnis zur freien Oberfläche sehr groß ist, ensteht ein großer Elastizitätsmodul und eine sehr kleine Deformation. In diesem Falle kann man mit noch höherer Beanspruchung rechnen. Der Oberflächendruck kann sich hierbei bis auf 15-20 MPa belaufen. Bei zu hoher Belastung von Gummi entsteht eine bleibende Verformung. Man nennt dies Setzen oder Nachsetzen und spricht von einem Druckverformungsrest. Um das Nachsetzen einzuschränken, sind gute Qualität und richtige Vulkanisation des Gummis die wichtigsten Faktoren.




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