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Die
Erfindung betrifft ein Gummilager für Kraftfahrzeuge, welches insbesondere
beim Einsatz als Lenkerlager in den Fahrwerken von Bussen und Nutzfahrzeugen
zu einem hohen Fahrkomfort beiträgt.
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Lager
der genannten Art bestehen aus einem metallischen Innenteil, welches
von einem elastomeren Lagerkörper
und einem Außenteil
umgeben ist, wobei das Innenteil, der Lagerkörper und das Außenteil
durch Vulkanisation haftend miteinander verbunden sind. Dabei ist
es zur Erreichung einer hohen Lebensdauer des Lagers unerlässlich,
auf den elastomeren Lagerkörper
respektive Gummikörper
bei der Fertigung oder Montage des Lagers eine Vorspannung aufzubringen.
Für viele
Anwendungsfälle sind
sowohl das Innenteil als auch der Lagerkörper im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.
Um auf den Gummikörper
eine sowohl in radialer als auch in axialer Richtung wirkende Vorspannung
aufzubringen, sind jedoch Lager entwickelt worden, bei denen das
Innenteil in einem axial mittleren Bereich eine kugelförmig oder
ballig radial nach außen
gewölbte
Außenkontur
aufweist. Ein entsprechendes, als Kugelgelenk zu verwendendes Lager
ist beispielsweise in der
DE
37 15 360 C2 beschrieben. Zur Verdeutlichung sind Lager
der genannten Art auch nochmals in den
4a und
4b dargestellt.
Derartige Lager bestehen danach aus einem großvolumigen, in der Regel aus
Stahl gefertigten Innenteil oder Bolzen, mit einem balligen oder
kugelförmigen
Bereich, der von dem, durch den Lagerkörper und das Außenteil gemeinsam
ausgebildeten Gummi-Metall-Teil
umgeben ist, wobei das Innenteil in der Regel haftend mit dem Lagerkörper verbunden
ist. Als Nachteil von Lagern mit einer derartigen Lagergeometrie
ist es anzusehen, dass sie aufgrund des kugelförmigen Außendurchmessers beziehungsweise
der ballig nach außen
gewölbten
Außenkontur
des Innenteils eine vergleichsweise hohe Torsionssteifigkeit aufweisen. Hierdurch
wird bei ihrem Einsatz als Lenkerlager das Einfedern des Lenkers
behindert und erschwert, so dass das Ansprechverhalten begrenzt
ist. Dies wirkt sich wiederum negativ auf den Fahrkomfort aus, so dass
beim Einsatz von Lagern der genannten Art nur ein durchschnittlicher
Fahrkomfort erzielt wird. Das großvolumige Innenteil ist zudem
aus fertigungstechnischer Sicht nachteilig. Es muss durch den gesamten
Vulkanisationsprozess hindurch gezogen werden, wobei aufgrund seiner
relativ großen
Masse bei der Vulkanisation verhältnismäßig lange
Aufheizzeiten erforderlich sind. Dies ist jedoch zeit- und kostenintensiv.
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Zur
Verbesserung der Torsionseigenschaften wurden Lager entwickelt,
bei denen das Innenteil eine konkave Außenkontur aufweist, also tailliert
ist, während
das umgebende Gummi-Metall-Teil, aus dem Lagerkörper und dem Außenteil,
eine konvexe Außenkontur
aufweist. Beispiele für
derartig gestaltete Lager sind durch die 5a und 5b gegeben. Bei
Lagern dieser Art ist die Kugel beziehungsweise die ballige Kontur
quasi nach außen
verlagert. Hierdurch ergibt sich ein kleinerer Wirkradius für das Gummilager,
so dass sich dessen Torsionssteifigkeit deutlich verringert. In
vorteilhafter Weise werden dadurch das Einfedern des Lenkers erleichtert
und die Rückstellkräfte reduziert,
was zu einer Verbesserung des Ansprechverhaltens und des Fahrkomforts
führt. Nachteilig
bei dieser Ausbildungsform ist aber, dass das in diesem Falle großvolumige
metallische Außenteil
durch den gesamten Vulkanisationsprozess hindurch gezogen werden
muss, was wiederum den Nachteil einer zeit- und kostenintensiven
Fertigung mit sich bringt. Da die für eine hohe Lebensdauer des Lagers
erforderliche Vorspannung in dem Gummikörper bei Lagern dieser Art
nicht über
das Außenteil aufgebracht
werden kann, sind zur Erzeugung dieser Vorspannung zusätzliche
Fertigungsund/oder Montageschritte erforderlich, wie zum Beispiel
ein Aufdornen, ein Stauchen oder ein Einschießen des Innenteils, was sich
zusätzlich
kostenerhöhend auswirkt. So
wird beispielsweise die konkave Außenkontur des Innenteils bei
der Ausführungsform
nach der 5a durch zusätzliche, an den axialen Enden
des Innenteils angebrachte metallische Elemente realisiert.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 722 199
C ein elastisches Gelenk mit einem eingepressten Gummiblock
und einer konkav gekrümmten äußeren Hülse bekannt.
Der aus zylindrischer Hülse,
Gummiblock und äußerer Hülse bestehende
Einsatz ist in der radialen Mittelebene zweigeteilt, so dass zwei
gleiche Hälften
bestehen, die im Gelenk wieder aneinander gesetzt werden. Ohne weitere
Bauteile kann dabei keine radiale oder axiale Vorspannung in das
Lager eingebracht werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein insbesondere für die Lagerung der Lenker von
Nutzfahrzeugen geeignetes Gummilager so auszubilden, dass die vorgenannten
Nachteile vermieden werden. Dabei soll das entsprechende Lager unter
Beibehaltung der hinsichtlich des Fahrkomforts gegebenen Vorzüge der im
Stand der Technik letztgenannten Ausbildungsform, nämlich einer
hohen axialen und radialen Steifigkeit, bei gleichzeitig niedriger
Torsionssteifigkeit, zu einer deutlichen Vereinfachung der Fertigung und
Verringerung der Fertigungskosten führen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Gummilager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst.
Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung
sind durch die Unteransprüche
gegeben.
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Das
erfindungsgemäße Lager
besteht in an sich bekannter Weise aus einem metallischen Innenteil
und einem das Innenteil in einem axialen Bereich, mit zylinderförmiger Ausbildung,
konzentrisch umgebenden Außenteil.
Zwischen dem Innenteil und dem Außenteil ist ein elastomerer
Lagerkörper
angeordnet. Dieser ist mit dem Außenteil durch Vulkanisation zu
einem Gummi-Metall-Teil vereinigt. In der Regel beziehungsweise
vorzugsweise besteht der Lagerkörper
wie bei bekannten Lagern aus Gummi, kann jedoch grundsätzlich auch
aus einem anderen Elastomer gebildet sein. Soweit daher im Kontext
der Ansprüche
und der Beschreibung von einem Gummilager oder Gummi-Metall-Teilen
die Rede ist, dient dies lediglich zur sprachlichen Vereinfachung
ohne die Erfindung auf Lager mit einem Lagerkörper aus Gummi zu beschränken, wenngleich
in der Praxis auch für das
erfindungsgemäße Lager
im Allgemeinen Gummi eingesetzt werden wird.
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Wie
ebenfalls aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist das Innenteil
in dem vom Lagerkörper
und dem Außenteil
umgebenen Bereich tailliert, so dass es in diesem Bereich eine konkave Außenkontur
aufweist. Gleichzeitig weist das durch den Lagerkörper und
das Außenteil
ausgebildete Gummi-Metall-Teil eine konvexe Innenkontur auf, welche
an der Außenkontur
des Innenteils anliegt und somit komplementär zu dieser ausgebildet ist.
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Abweichend
vom Stand der Technik sind jedoch der Lagerkörper und das Außenteil
des erfindungsgemäßen Gummilagers
axial zweigeteilt ausgebildet und werden erst am Einbauort mit dem
Innenteil zu einem Lager vereinigt. Dazu werden die von dem Lagerkörper und
dem Außenteil
aufgrund der axialen Zweiteilung gebildeten halbschalenförmigen Gummi-Metall-Teile
um den taillierten Bereich des Innenteils quasi herumgelegt, also
nicht haftend mit diesem verbunden und mit ihm gemeinsam in ein Aufnahmeauge
eingepresst, so dass das Innenteil und die halbschalenförmigen Gummi-Metall-Teile
gegeneinander lagefixiert sind. Dadurch, dass die gesamte Anordnung
gegenüber
dem Aufnahmeauge ein Übermaß aufweist
und somit von dem Aufnahmeauge im Presssitz gehalten ist, wird gleichzeitig das
Elastomer des von dem Lagerkörper
und dem Außenteil
gebildeten Gummi-Metall-Teils
sowohl radial als auch axial vorgespannt. Die axiale Vorspannung
ergibt sich dabei insbesondere durch den Presssitz einerseits und
die spezielle Formgebung des Innenteils sowie des Lagerkörpers andererseits. Hierdurch
werden die Vorzüge
des aus dem Stand der Technik bekannten Lagers mit tailliertem Innenteil erhalten.
Das Lager weist aufgrund des gegenüber Ausbildungsformen mit einem
durchgängig
zylindrischen Innenteil oder solchen mit einem bereichsweise kugelig
oder ballförmig
nach außen
gewölbten
Innenteil einen kleineren Wirkradius auf, wodurch sich eine geringere
Torsionssteifigkeit ergibt. Dadurch werden das Einfedern des Lenkers
erleichtert und die Rückstellkräfte reduziert.
Durch die Reduzierung der Nebenfederraten ist das Ansprechverhalten
des Lagers deutlich verbessert, wodurch letztlich bei mit dem erfindungsgemäßen Lager
ausgestatteten Fahrzeugen der Fahrkomfort gesteigert wird.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gummilagers
weist dessen Innenteil jeweils an den axialen Enden des von den
halbschalenförmigen
Gummi-Metall-Teilen umgebenen Bereiches einen Hinterschnitt auf.
Hierdurch wird eine Freistellung für im Betrieb des Lagers auftretende
Verformungen geschaffen, durch die ein metallisches Anschlagen der
Teile verhindert wird. Gemäß einer
anderen Weiterbildung ist an dem Aufnahmeauge an einem axialen Ende
ein umlaufender, flanschartig nach innen ragender Anschlag ausgebildet,
wobei gleichzeitig im Bereich des anderen axialen Endes des Außenteils
des von dem Aufnahmeauge aufgenommenen Lagers ein zusätzlicher
Sicherungsring angeordnet ist. Bei dieser Ausbildungsform gelangt
im Zuge der Montage eine Stirnseite der gemeinsam mit dem Innenteil
in das Aufnahmeauge eingepressten Gummi-Metall-Teile an dem Flansch des
Aufnahmeauges zur Anlage, während
der anschließend
aufgebrachte Sicherungsring die Lagerkomponenten axial fixiert.
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Je
nach Ausbildungsform und Einsatzzweck sind von der Erfindung auch
Ausbildungen des Gummilagers umfasst, bei welchen in die den Lagerkörper ausbildenden
Halbschalen zusätzlich
metallische oder aus Kunststoff bestehende, ebenfalls axial geteilte
Einlegeelemente beziehungsweise Zwischenteile eingelegt und haftend
mit dem Lagerkörper
verbunden sind. Mittels dieser Zwischenteile kann die radiale Steifigkeit
eingestellt beziehungsweise erhöht werden.
Der Lagerkörper
weist somit eine radiale Schichtenfolge auf. Beim Einpressen der
Gummi-Metall-Teile in das Aufnahmeauge wird der aufgrund der axialen
Teilung zwischen den halbschalenförmigen Teilen bestehende Längsspalt
durch den Presssitz geschlossen. Folglich erstrecken sich auch eventuell
in den Lagerkörper
eingefügte
Zwischenteile im Wesentlichen über
den gesamten Lagerumfang.
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Bei
einer ebenfalls vorgesehenen Ausbildungsform des Gummilagers sind
jedoch die Einlege- beziehungsweise Zwischenteile hinsichtlich ihrer Erstreckung
in der Umfangsrichtung verkürzt.
Die Zwischenteile erstrecken sich demnach nicht über den gesamten Umfang des
Lagers, sondern sind vielmehr, bezogen auf den Lagerumfang, nur
abschnittsweise angeordnet, so dass zwischen ihnen Nieren in dem
Lagerkörper
ausgebildet sind. Hierdurch ist es möglich, das Lager mit einem
in der Umfangsrichtung unterschiedlichen radialen Kennungsverhalten
auszubilden. Durch die erfindungsgemäße Bauform werden die Vorzüge der Lagerformen
gemäß den 5a und 5b beibehalten,
welche in einer niedrigen Torsionssteifigkeit sowie in geringen
Nebenfederraten und einem daraus resultierenden verbesserten Ansprechverhalten,
verbunden mit einer sowohl radial, als auch axial hohen Steifigkeit,
zu sehen sind. Zusätzlich
werden jedoch noch eine Reihe weiterer Vorteile erzielt beziehungsweise
Nachteile der Lager nach dem Stand der Technik vermieden. Als vorteilhaft
ist es dabei anzusehen, dass das großvolumige Innenteil nicht in
den Vulkanisationsprozess mit einbezogen werden muss, da die von
dem axial geteilten Lagerkörper
und dem axial geteilten Außenteil gebildeten
halbschalenförmigen
Gummi-Metall-Teile und das Innenteil nicht haftend miteinander verbunden
werden. Hierdurch verringert sich der Aufwand für den Vulkanisationsprozess
beträchtlich.
Das Innenteil kann vielmehr als bereits oberflächenbehandeltes Teil beigestellt
werden.
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In
vorteilhafter Weise ist außerdem
eine Erhöhung
der Bauteillebensdauer für
die Gummi-Metall-Teile zu erwarten, da sie mit dem Innenteil nicht haftend
verbunden sind, so dass sie bei einer am Innenteil auftretenden Überbelastung
nicht einreißen. Bei
einer sehr starken Überbelastung
kann der Gummi außerdem
auf dem Bolzen, respektive dem Innenteil durchrutschen, so dass
hierdurch angrenzende Bauteile gegen eine Überbelastung geschützt werden.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, dass die Vorspannung auf den Gummi gleichzeitig
mit der Montage aufgebracht wird. Hierdurch entfallen zusätzliche
Arbeitsgänge,
wodurch sich eine Zeit- und Kostenersparnis ergibt. Dabei gewährleistet
der Presssitz, unter dem das Lager in das Aufnahmeauge eingefügt wird,
in vorteilhafter Weise eine hohe radiale Vorspannung, während durch
die Formgebung des Innenteils und des Lagerkörpers auch die axiale Vorspannung
im Gummi vorteilhaft erhöht
wird.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Grundprinzips
lässt sich
zudem eine Vielzahl von Lagervarianten realisieren und ein hohes
Maß an
Flexibilität
in der Herstellung erreichen. Dies ergibt sich daraus, dass die
axial geteilten Gummi-Metall-Teile des Lagers, je nach dessen Einsatzweck
und Einbauort, mit in ihrer Formgebung unterschiedlichen Innenteilen beziehungsweise
Bolzen kombiniert werden können. Das
heißt,
die Eigenschaften des endgültigen
Fertigteils werden über
die Verwendung entsprechender Innenteile definiert, welche den Lagerkörper und
das Außenteil
axial durchragen und dabei, abgesehen von den taillierten, mit den
Gummi-Metall-Teilen zu umgebenden Bereich unterschiedlichste Formen
aufweisen können.
So ist auch eine Verwendung von Innenteilen (Bolzen) mit großen Anschraubflächen möglich, ohne
dass hierfür
Hinterschnitte in den Vulkanisierungswerkzeugen vorgesehen werden
müssten.
Hierdurch ergeben sich ein einfacher und kostengünstiger Werkzeugaufbau sowie
ein einfacheres Handling beim Bestücken und Entformen der durch Vulkanisation
zusammenzufügenden
Teile. Entsprechend einer möglichen
Ausbildungsform weist das metallische Innenteil zudem eine mit der
Lagerachse zusammenfallende, axial durchgängige Bohrung auf.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
Den Lagerkörper
und das Außenteil des
erfindungsgemäßen Lagers
mit einem durch beide Halbschalen axial geführten Schnitt.
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2:
Eine mögliche
Ausbildungsform eines Innenteils zur Verwendung mit den halbschalenförmigen Gummi-Metall-Teilen
gemäß 1.
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3:
Ein Gummilager mit den Komponenten gemäß der 1 und einem,
gegenüber
der Ausbildungsform nach der 2, modifizierten
Innenteil im montierten Zustand.
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Weitere
Zeichnungen sollen der Veranschaulichung der eingangs zum Stand
der Technik gegebenen Erläuterungen
dienen. Hierbei zeigen
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4a und
b: Ausbildungsformen von Lagern mit konvexer Innenteilkontur, und
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5a und
b: Ausbildungsformen von Lagern mit konkaver Innenteilkontur entsprechend
dem Stand der Technik.
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Die 1 zeigt
eine mögliche
Ausbildungsform der durch den axial geteilten Lagerkörper 2 und das
axial geteilte Außenteil 3 gebildeten
halbschalenförmigen
Gummi-Metall-Teile 2', 3'; 2'', 3'' eines
in erfindungsgemäßer Weise
gestalteten Gummilagers. Die elastomeren Halbschalen 2', 2'' des Lagerkörpers 2 und die metallischen
Halbschalen 3', 3'' sind durch einen Vulkanisationsprozess
festhaftend miteinander vereinigt worden. Die Teile sind in der Zeichnung
in einem parallel zur Lagerachse 8 durch beide Halbschalen
geführten
Axialschnitt wiedergegeben. Wie zu erkennen ist, ist die Innenkontur
des Lagerkörpers 2 beziehungsweise
des aus dem Lagerkörper 2 und
dem Außenteil 3 gebildeten
Gummi-Metall-Teils 2, 3 konvex ausgeformt. Zudem
sind in die Halbschalen 2', 2'' des Lagerkörpers 2 ebenfalls
aus Metall bestehende Zwischenteile 6', 6'' eingefügt.
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In
der 2 ist eine mögliche
Ausbildungsform eines mit den Gummi-Metall-Teilen 2', 3'; 2'', 3'' gemäß der 1 kombinierbaren
Innenteils 1 dargestellt. Das Innenteil 1 weist
in einem, im Zuge der Montage mit dem Lagerkörper 2 und dem Außenteil 3 zu
umgebenden Bereich 4 eine Taillierung auf. Dabei ist seine
Außenkontur
in diesem Bereich 4 konkav und mit der Innenkontur des
Lagerkörpers 2 korrespondierend
ausgebildet. Seitliche, im montierten Zustand aus dem Lagerkörper 2 und
dem Außenteil 3 herausragende
Laschen 10 mit darin angeordneten Bohrungen 11 dienen
der Befestigung des Lagers am Einbauort. Bei der dargestellten Ausbildungsform
ist zudem an den axialen Enden des taillierten Bereiches 4 jeweils
ein auf dem Umfang umlaufender Hinterschnitt 7 ausgebildet.
Durch diesen wird eine Freistellung für an dem Lager bei dessen Betrieb
auftretende Verformungen gebildet.
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Ein
montiertes Gummilager ist in der 3 ebenfalls
in einer axialen Schnittdarstellung gezeigt, wobei das Innenteil
dieses Lagers etwas modifiziert ist und anders als die Ausbildungsform
nach der 2 keinen Hinterschnitt aufweist.
Das erst im Zuge des Einpressens in das Aufnahmeauge 5 komplettierte
Lager besteht aus dem metallischen Innenteil 1, dem Lagerkörper 2 und
dem Außenteil 3,
welche gegenüber
dem Aufnahmeauge 5, hinsichtlich ihrer radialen Ausdehnung
ein Übermaß aufweisen, wobei
der Lagerkörper 2 mit
den darin eingefügten Zwischenteilen 6', 6'' und das Außenteil 3, gemäß der Erfindung,
axial geteilt ausgebildet sind und das Innenteil 1 nicht
haftend umgeben. Durch den Presssitz sind das Innenteil 1 und
der Lagerkörper 2 sowie das
mit dem Lagerkörper 2 durch
Vulkanisation verbundene Außenteil 3 dennoch
zueinander lagefixiert. Außerdem
wird das Elastomer des Lagerkörpers 2 beziehungsweise
seiner Halbschalen 2', 2'' durch den Presssitz vorgespannt.
In vorteilhafter Weise wird die Vorspannung aufgrund der taillierten
Außenkontur
des Innenteils 1 und der damit korrespondierenden konvexen
Innenkontur des Lagerkörpers 2 nicht
nur in radialer Richtung in den Gummi eingebracht, sondern auch
in axialer Richtung.
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In
den 4a und 4b sind
nochmals Lager gemäß dem eingangs
erläuterten
Stand der Technik beispielhaft dargestellt. Dabei betrifft die 4a ein
Lager, dessen Innenteil 1 in einem mittleren Bereich kugelförmig nach
außen
gewölbt
ist. Die 4b zeigt ein ähnliches
Lager mit einer balligen Ausformung. Lager mit einem taillierten
Innenteil 1, wie sie aus dem Stand der Technik ebenfalls
bereits bekannt sind, werden durch die 5a und 5b nochmals
dargestellt.
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- 1
- Innenteil
- 2
- Lagerkörper
- 3
- (metallisches)
Außenteil
- 2', 3'; 2'', 3''
- Gummi-Metall-Teile,
mit
2' Halbschale
des Lagerköpers
2'' Halbschale des Lagerköpers
3' Halbschale
des Außenteils
3'' Halbschale des Außenteils
- 4
- (taillierter)
Bereich
- 5
- Aufnahmeauge
- 6
- Zwischenteil
(Einlegeteil)
- 7
- Hinterschnitt
- 8
- Axialbohrung
- 9
- Lagerachse
- 10
- Lasche
- 11
- Bohrung