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Warum wird Gummi für die Vibrations- und Schockisolierung verwendet?
Jul 06, 2018

Warum wird Gummi für die Vibrations- und Schockisolierung verwendet?

Die Antwort auf diese Frage erfordert grundlegende Kenntnisse über natürliche und synthetische Kautschuke. Dies beinhaltet das Definieren von dem, was wir allgemein Gummi nennen. Lord Corporation's Design Monograph DM1101a (erhältlich auf Anfrage) besagt, dass es "ein synthetisches oder natürliches Material ist, dessen lange, gewundene, hochmolekulare Ketten durch bestimmte chemische Bestandteile vernetzt wurden, um ein Netzwerk zu bilden. Es zeichnet sich dadurch aus, dass extreme Deformationen von 200 Prozent oder mehr akzeptiert und wiederhergestellt werden können. Der Begriff Elastomer umfasst Naturkautschuk und die vielen synthetischen Materialien, die gummiähnliche Eigenschaften besitzen. "Das folgende Diagramm zeigt die chemische Struktur von Naturkautschuk, cis- Polyisopren. Naturkautschuk besteht aus langen Ketten, die aus mindestens 10.000 ähnlichen chemischen Einheiten bestehen.

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Bild: Naturkautschuk chemische Struktur

Bild: Naturkautschuk chemische Struktur

Charles Goodyear entdeckte 1839, dass bei der Vulkanisation von Gummi mit Schwefel bei 120-220 ° C die Gummimoleküle über Schwefelatome miteinander verbunden sind, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Diese Vernetzung schafft das molekulare Netzwerk, das dem Gummi Festigkeit, Elastizität und andere wichtige mechanische Eigenschaften verleiht. Es gibt verschiedene Arten von Vulkanisaten, die je nach Art der auftretenden Vernetzung variieren. Vulkanisate mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Vernetzungen haben im allgemeinen eine höhere Temperaturbeständigkeit, während Vulkanisate mit höheren Polysulfid-Vernetzungen stärker sind.

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Bild: Vulkanisation von Polyisopren

Bild: Vulkanisation von Polyisopre

Außerdem werden Kautschuke, die für industrielle und technische Anwendungen verwendet werden, im allgemeinen mit Füllstoffen versetzt, die die Eigenschaften des Vulkanisats beeinflussen. Die Füllstoffe bestehen üblicherweise aus Ruß, und die verwendete Formulierung beeinflusst stark die Eigenschaften des Kautschuks, wie etwa Reiß- und Abriebfestigkeit, Modul, Hysterese und Kriechen. Außerdem können andere Chemikalien zugesetzt werden, die den Kautschuk vor Sonnenlicht, Ozon und Sauerstoff schützen.

Die Fähigkeit, Kautschuke mit spezifischen Eigenschaften zu formulieren, macht es so vielseitig und nützlich in einer nahezu unbegrenzten Anzahl von Anwendungen. Insbesondere Naturkautschuk ist aufgrund seiner Langlebigkeit, Elastizität, geringen Kosten, Beständigkeit gegenüber einer großen Bandbreite von Temperaturen und der Fähigkeit, sich an Metalle zu binden, besonders wertvoll als Federmaterial. Naturkautschuk wird in vielen unserer Lord Mounts wegen dieser Eigenschaften und seiner Fähigkeit verwendet, die Übertragung von Vibrationen und Lärm in rauen Umgebungen zu reduzieren. Zum Beispiel kann es der Hitze und den Chemikalien widerstehen, die in Fahrzeugmotoren angetroffen werden, und seine Widerstandsfähigkeit gegen Aufquellen, wenn es in Flüssigkeiten eingetaucht ist, bedeutet, dass es auch unter Wasser jahrelang erfolgreich standhalten kann.

Jedoch können sogar Kautschuke mit ähnlichen Eigenschaften in identischen Umgebungen nicht dasselbe leisten. Wie Lord in seiner Designliteratur erklärt, wird ein 50 Durometer Naturkautschuk, der von einem Unternehmen hergestellt wird, andere Eigenschaften aufweisen als sein eigener 50 Durometer Naturkautschuk, der so zusammengesetzt ist, dass er mit seinen Isolatoren korrekt funktioniert. In der Tat sind selbst Standardhalterungen möglicherweise nicht geeignet, und Lord kombiniert spezielle Elastomere mit unterschiedlichen Federraten und Abmessungen, wenn kundenspezifische Lösungen erforderlich sind.

Aber wenn man an eine Feder denkt, fällt einem gewöhnlich ein Bild eines gewickelten Metalls ein. Bei Stahlfedern besteht eine lineare Beziehung zwischen der Kraft und der Auslenkung (man denke an die Auf- und Abbewegung einer an einer Metallfeder aufgehängten Masse). Gummifedern können jedoch so konstruiert sein, dass sie in nichtlinearen Richtungen eine unterschiedliche Steifigkeit bereitstellen. Scherkräfte wie Reibung treten auf, wenn zwei entgegengesetzte Seiten des Materials Kräfte in entgegengesetzte Richtungen erfahren, wie im folgenden Diagramm gezeigt. Der Schermodul beschreibt, wie ein Material auf diese Art von Spannung reagiert, und ist definiert als das Verhältnis von Scherspannung zu Scherspannung, ausgedrückt in Gigapascal (GPa). Um dies zu relativieren, kann ein gefüllter Gummi bei 2% Dehnung einen Schermodul von 0,0003 GPa gegenüber 79,9 GPa für Baustahl aufweisen. Was diese Zahlen uns sagen, ist, dass Gummi viel mehr als Stahl gestreckt werden kann, bevor es dauerhaft verformt wird.

Scherkräfte.

Bild: Scherkräfte

Bild: Scherkräfte

Andere wichtige Vorteile von Gummi gegenüber Stahl umfassen seine einfache Handhabung und Installation, Energiespeicherkapazität und die Fähigkeit, etwas Energie in Wärme umzuwandeln, wenn er abgelenkt wird. Die letztgenannte Eigenschaft wird als Hysterese bezeichnet und ist der Grund dafür, dass sich in Gummi keine Wärme aufbaut, wie dies bei Metallen der Fall ist. Naturkautschuk ohne Füllstoffe weist eine sehr geringe Hysterese auf und liefert infolgedessen eine Energiedissipation oder -dämpfung in einem System, das Vibrationskräften ausgesetzt ist. Der Nachteil ist, dass Gummi im Gegensatz zu Stahl eine gewisse Dämpfungseigenschaft besitzt.

Die obige Diskussion sollte deutlich machen, warum Gummi bei der Schwingungsisolierung so wertvoll ist. Es bietet jedoch nur einige wichtige Punkte zu einem sehr komplexen Thema. Es ist wichtig, daran zu denken, dass das Auswählen der falschen Halterung die Vibration tatsächlich verschlimmern kann, als wenn es überhaupt keine Halterung gäbe. Wir empfehlen, bereits zu einem frühen Zeitpunkt des Produktdesigns Strategien zur Schwingungsdämpfung in Betracht zu ziehen und sich bei der Auswahl von Materialien und Halterungen mit einem Experten zu beraten. Wir empfehlen auch die Zusammenarbeit mit einem Top-Hersteller wie Lord Corporation, der über umfangreiche Einrichtungen und technische Ressourcen verfügt, um Produkt-, Material- und Prototypentests unter realen Bedingungen durchzuführen. http://www.svks-rubberseal.com/oem/metal-buffer-type-at.html slim rubber damper (5).jpg







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