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Die
Erfindung betrifft ein Lager mit einem Innenteil, einer zum Innenteil
radial außen
liegenden Käfigeinrichtung,
sowie einer das Innenteil und die Käfigeinrichtung verbindende
Elastomertragfeder, und einer Außenhülse, wobei zwischen dem Innenteil und
der Außenhülse zumindest
zwei, über
zumindest einen Kanal verbundene Flüssigkeitskammern gebildet sind.
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Solche
Lager werden beispielsweise als Buchsenlager zur Lagerung der Lenker
von Fahrwerksaufhängungen
bei Kraftfahrzeugen verwendet. Um insbesondere in vorgegebenen Anregungsfrequenz- bzw. Amplitudenbereichen
eine stärkere Dämpfung bereitzustellen,
als sie mit einer reinen Elastomerdämpfung vertretbar zu erreichen
ist, reagiert das gattungsbildende Lager auf entsprechende Anregungen
mit hydraulischer Dämpfungsarbeit. Hierzu
sind die zumindest zwei Flüssigkeitskammern so
ausgebildet, dass bei einer Auslenkung der Käfigeinrichtung gegenüber dem
Innenteil das Volumen einer Flüssigkeitskammer
verringert wird, während das
Volumen der anderen Flüssigkeitskammer
zunimmt. Die Flüssigkeit
strömt über den
Kanal von der kleiner werdenden Kammer in die größer werdende Kammer ein, wodurch
die hydraulische Dämpfungsarbeit
geleistet wird. Ein derartiges Lager wird auf dem Gebiet auch als
Hydrolager gezeichnet.
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Da
sich das Volumen der Flüssigkeitskammern
mit der Auslenkung des Lagers verändert, wirken entsprechende
Kräfte
auch auf die Kammerwände.
Es kann vorkommen, dass eine solche Flüssigkeitskammerwand aufgrund
der mechanischen Belastung im Laufe des Betriebs leckt oder sogar
reißt, wodurch
die Dämpfungsflüssigkeit
ausläuft
und das Lager seine Funktionstüchtigkeit
einbüßt.
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Insofern
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager
dahingehend zu verbessern, dass die Belastung der Kammerwand beim
Betrieb des Lagers verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das
erfindungsgemäße Lager
zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine mit der Elastomertragfeder
gebildete Flüssigkeitskammerwand
eine Erstreckungskomponente in axialer Richtung aufweist und das
Lager axial vorgespannt ist.
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Durch
diese konstruktive Maßnahme
wird erreicht, dass durch die Vorspannung des Lagers auch die Flüssigkeitskammerwand
in der Betriebsruhestellung vorgespannt ist, sodass diese insbesondere
gegenüber
Zugbelastungen unempfindlicher wird.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Es
kann zweckmäßig sein,
wenn sich die Flüssigkeitskammerwand
am Innenteil konusartig nach außen
erstreckt, sodass durch die axiale Vorspannung des Lagers die konusförmige Flüssigkeitskammerwand
symmetrisch über
den gesamten Umfang des Lagers vorgespannt ist.
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Insbesondere
bei Lagern, welche im Wesentlichen radial belastet werden, kann
es zweckmäßig sein,
wenn das Lager zumindest ein Progressionsfederpaket umfasst, welches
sich zwischen Innenteil und der Außenhülse abstützt, wobei sich die Querausdehnfähig keit
des Elastomers des Progressionsfederpakets mit der Auslenkung des
Lagers in radialer Richtung vermindert. Durch diese konstruktive
Maßnahme
wird erreicht, dass ohne die Verwendung eines Anschlags eine wirkungsvolle
und weich einsetzende Beschränkung
des Federwegs in radialer Richtung bereitgestellt werden kann.
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Zweckmäßigerweise
ist das zumindest eine Progressionsfederpaket ein von der Elastomertragfeder
körperlich
getrennt hergestelltes Teil, welche im zusammengebauten Zustand
einander berühren können. Dabei
kann das Progressionsfederpaket selbst wieder aus mehreren Teilen
bestehen.
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Es
kann zweckmäßig sein,
wenn das zumindest eine Progressionsfederpaket innerhalb des Lagers
befestigt ist, insbesondere wenn das Progressionsfederpaket nicht
zwischen dem Innenteil und der Außenhülse vorgespannt ist. Beispielsweise
kann das Progressionsfederpaket an dem Elastomer-belegten Innenteil
befestigt sein, insbesondere durch die Gestaltung eines Formschlusses
oder einer Verklebung zwischen den Teilen.
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Es
kann auch zweckmäßig sein,
wenn das zumindest eine Progressionsfederpaket radial vorgespannt
ist. Hierdurch kann die Progression des Federpakets in radialer
Richtung zur Beschränkung
der Auslenkung der Feder in radialer Richtung eingestellt werden.
Darüber
hinaus kann die Vorspannung des Progressionsfederpakets verhindern,
dass bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung die Elastomertragfeder
sich an der gegenüber
liegenden Seite der Auslenkung von der Außenhülse abhebt. Die Vorspannung
kann dabei auf den erlaubten maximalen Federweg eingestellt werden.
Damit kann sichergestellt werden, dass in jeder Betriebsstellung
des Lagers die Elastomertragfeder an der inneren Oberfläche der
Außenhülse des
Lagers anliegt. Ferner wird damit das Aneinanderschlagen von Teilen
des Lagers beim Betrieb sicher ausgeschlossen.
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Die
Ausdehnfähigkeit
des Elastomers des Progressionsfederpakets in einer Richtung senkrecht zur
Achse des Lagers kann vorteilhafterweise mit zunehmender Auslenkung
des Lagers in radialer Richtung dadurch vermindert werden, dass
sich die Freiflächen
des Elastomers des Progressionsfederpakets mit der Auslenkung des
Lagers verringern. Als Resultat erhöht sich die Federrate des Lagers
in radialer Richtung, das Lager wird härter mit zunehmender Auslenkung.
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Zweckmäßigerweise
ist das zumindest eine Progressionsfederpaket ein von der Elastomertragfeder
körperlich
getrennt hergestelltes Teil, welche im zusammengebauten Zustand
einander berühren können.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die verminderte Querausdehnfähigkeit
des Elastomers des Progressionsfederpakets im Ansprechen auf eine
radiale Auslenkung des Lagers auch durch eine Wechselwirkung des
Progressionsfederpakets mit der vorgespannten Flüssigkeitskammer erreicht wird.
Beispielsweise kann eine Oberfläche
des Elastomers des Progressionsfederpakets in einer Flüssigkeitskammer
liegen, wobei bei Nichtauslenkung des Lagers zu dieser Oberfläche eine
axial beabstandete Flüssigkeitskammerwand
benachbart ist, und bei einer Auslenkung des Lagers in radialer
Richtung die Oberfläche
des Progressionsfederpakets mit der Flüssigkeitskammerwand in Kontakt
gerät.
Hierdurch vermindern sich die Freiflächen des Elastomers des Progressionsfederpakets
mit steigender Auslenkung des Lagers, was die Progression verstärkt. Da
beim erfindungsgemäßen Lager
die Flüssigkeitskammerwand
vorgespannt ist, kann sie größeren Belastungen
ausgesetzt werden und wie angegeben zur Einstellung einer vorgegebenen
Progression des Progressionsfederpakets verwendet werden. Hierbei
ist es zweckmäßig, wenn
die Kontaktfläche
des Progressionsfederpakets mit der Flüssigkeitskammerwand mit zunehmender
Auslenkung des Lagers zunimmt, wodurch die Progression einstellbar
ist.
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Setzt
die axial vorgespannte Flüssigkeitskammerwand
des erfindungsgemäßen Lagers
am Innenteil an, kann es zweckmäßig sein,
wenn das Innenteil eine zylinderförmige Grundstruktur aufweist mit
einer vom axial ortsabhängigen
radialen Erstreckung zur Gestaltung einer vorgegebenen Balligkeit, wobei
die Flüssigkeitskammerwand
in einem balligen Abschnitt des Innenteils ansetzt. Durch diese
konstruktive Maßnahme
wird erreicht, dass beim Einstellen einer axialen Vorspannung des
Lagers eine wirksame Kraftkomponente parallel zur Flüssigkeitskammerwand
erzeugt wird, damit diese auch vorgespannt ist. Rechtzeitig bietet
die Balligkeit des Innenteils materialschonende Bedingungen zum
Abrollen des Elastomers bei der Auslenkung des Lagers. Diese Vorteile
können
auch erreicht werden, wenn das Innenteil einen konusförmigen Abschnitt
aufweist, an welchem die Flüssigkeitskammerwand
ansetzt.
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Um
die axiale Vorspannung des Lagers zu ermöglichen, kann vorgesehen sein,
dass die Käfigeinrichtung
zumindest zwei axial ausgerichtete und axial beabstandete Käfigringe
aufweist, welche durch Anvulkanisieren mit der Elastomertragfeder
verbunden sind. Darüber
hinaus kann die Elastomertragfeder in gleicher Weise mit dem Innenteil
verbunden sein, sodass die beispielsweise zweigeteilte Käfigeinrichtung,
die Elastomertragfeder und das Innenteil den Lagergrundkörper des
erfindungsgemäßen Lagers
bilden.
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Zur
Vereinfachung des Zusammenbaus des erfindungsgemäßen Lagers kann vorgesehen
sein, dass das Progressionsfederpaket ein Einzelteil umfasst, das
an dem Lagergrundkörper
anbringbar ist.
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Ein
im Umfangsbereich symmetrisches Antwortverhalten im Hinblick auf
radiale Belastungen des Lagers kann dadurch erreicht werden, dass
mehrere, beispielsweise zwei Progressionsfederpakete vorgesehen
sind, die umfänglich
benachbart zwischen Außenhülse und
Innenteil angeordnet sind.
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Um
den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Lagers zu erleichtern,
kann ein Mittel zum Halten einer axialen Vorspannung des Lagergrundkörpers vorgesehen
sein. Beispielsweise kann ein Bügel
verwendet werden, welcher im Falle einer zweigeteilten Käfigeinrichtung
die beiden Teile umgreift, sodass die Vorspannung gehalten wird.
Das nachfolgende Aufziehen der Hülse
auf den vorgespannten Lagergrundkörper vereinfacht sich, da keine äußere Kraft
auf den Grundkörper
zum Erzeugen der gewünschten
axialen Vorspannung mehr wirken muss.
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In
solchen Fällen,
in welchen zumindest ein Progressionsfederpaket, das sich zwischen
Außenhülse und
Innenteil erstreckt, verwendet wird, kann diese Bügelfunktion
auch direkt durch das Progressionsfederpaket bereitgestellt werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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1a eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lagers
in einer perspektivischen Ansicht,
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1b das
in 1a gezeigte erfindungsgemäße Lager in einem aufgeschnittenen
Zustand,
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2 das
Innenteil sowie die radial außen liegende
Käfigeinrichtung
des in 1a gezeigten erfindungsgemäßen Lagers,
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3 den
Lagergrundkörper
des in 1a dargestellten Lagers,
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4a eine
Progressionsfeder des in 1a gezeigten
Lagers in einer perspektivischen Aufsichtansicht,
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4b die
in 4a dargestellte Progressionsfeder in einer perspektivischen
Bodenansicht,
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5a einen
Weg- oder Volumenbegrenzer für
die in den 4a, b dargestellte Progressionsfeder,
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5b das
in der Progressionsfeder radial innen liegende Einlegeteil,
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5c das
in der Progressionsfeder radial außen liegende Einlegeteil,
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6 den
in 3 dargestellten Lagergrundkörper mit zwei angelegten Progressionsfederpaketen,
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7 die
in 6 dargestellten Teile in einer aufgeschnittenen
Darstellung,
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8 das
in 1 dargestellte Lager ohne Außenhülse,
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9 ausschnittsweise
die Montage eines Lagers gemäß 1,
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10 ausschnittsweise
die Montage einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lagers,
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11 ausschnittsweise
die Montage einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lagers,
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12 das
in 1b dargestellte Lager in einer Vollschnittdarstellung
mit einer Auslenkung in radialer Richtung,
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13 das
in 1b dargestellte Lager in einer Vollschnittdarstellung
mit einer kardanischen Auslenkung zeigt.
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Die 1a,
b zeigen in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes Buchsenlager 1,
wie es zur Lagerung eines Lenkers von Fahrwerksaufhängungen
bei Kraftfahrzeugen oder Motorlagern zum Einsatz kommt. Das Lager
besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Innenteil 10 sowie
einer radial außen
zum Innenteil angeordnete Käfig-
oder Zwischeneinrichtung, welche in der beschriebenen Ausführungsform
aus zwei axial beabstandeten Käfigringen 20, 20' besteht. Die Käfigeinrichtung
ist durch Anvulkanisieren eines Elastomers mit dem Innenteil 10 verbunden,
derartig, dass zwischen diesen Teilen die Elastomertragfeder 30 gebildet
ist. Die geometrische Gestaltung der vorliegend aus Gummi hergestellten
Elastomertragfeder kann in bekannter Weise an die jeweilige Aufgabenstellung
angepasst werden. In dem beschriebenen Beispiel umfasst der Elastomer
vulkanisierter Kautschuk.
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Das
Lager wird nach außen
durch die als Buchse wirkende Außenhülse 40 abgeschlossen, welche
an ihren Enden eine Bördelung 41 aufweist, sodass
das unter axialer Vorspannung stehende Lager in seiner Form gehalten
wird. Zwischen der Außenhülse 40 und
dem Innenteil 10, d.h. radial innerhalb der Tragfeder 30 ist
in eine weitere Einrichtung, ein Progressionsfederpaket 50 vorgesehen,
das ein von der Elastomertragfeder getrenntes Teil darstellt, welches
in der beschriebenen Ausführungsform selbst
mehrere Einzelteile umfasst. In der beispielhaften Ausführungsform
sind zwei derartiger Progressionsfederpakete vorgesehen. Im Zwischenraum
innerhalb der Elastomertragfeder 30 und dem Progressionsfederpaket 50 ist
in 1b eine Flüssigkeitskammer 60 sichtbar,
die mittels eines Kanals 61 mit einer in der Darstellung
nicht erkennbaren zweiten Flüssigkeitskammer
verbunden ist, in welcher das zweite Progressionsfederpaket liegt.
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Das
in den 1a, b dargestellte Buchsenlager 1 dient
im Wesentlichen zur Aufnahme von radialen Kräften, kann jedoch auch torsionale
und/oder kardanische Auslenkungen verarbeiten.
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Hierzu
wird das Innenteil 10 starr mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden, während
der Lenker die Außenhülse 40 umgreift
und mit dieser fest verbunden ist. In noch zu beschreibender Weise
wird durch das Progressionsfederpaket 50 eine Wegbeschränkung für radiale
Auslenkungen bereitgestellt, wobei das Progressionsfederpaket bei
geringen Auslenkungen vergleichsweise weich arbeitet, mit zunehmenden
Auslenkungsamplituden jedoch stark progressiv.
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Bei
einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung verändert sich
das Volumen der Flüssigkeitskammern,
sodass ein Flüssigkeitsaustausch über den
Kanal 61 erfolgt und hydraulische Dämpfungsarbeit geleistet wird.
In der beschriebenen Ausführungsform
ist das Lager so eingestellt, dass eine hydraulische Dämpfung bei
kleinen, langsamen Bewegungen realisiert ist, während große, schnelle Bewegungen (Stöße) ohne
hydraulische Dämpfung
verarbeitet werden.
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Zum
besseren Verständnis
des Aufbaus des in den 1a, b gezeigten erfindungsgemäßen Buchsenlagers 1 werden
im Folgenden die Einzelteile und deren relative Lage zueinander
beschrieben. 2 zeigt hierzu das Innenteil 10 und
die beiden axial beabstandeten Käfigringe 20, 20'. Das zylinderförmige Innenteil 10 weist
axial beabstandet zwei konische Abschnitte 13 auf, wobei
zwischen diesen eine Nut 12 gebildet ist. Die beiden Käfigringe 20, 20' weisen jeweils
auf ihrem Umfang eine Rinne oder Nut 23 auf. Ferner umfasst
jeder Käfigring 20, 20' zwei, umfänglich um
180° versetzte
und axial verlaufende Vorsprünge 21, 21', an deren Erstreckungsenden
Taschen 22, 22' gebildet
sind. Beide Käfigringe 20, 20' sind so gedreht,
dass sich die jeweiligen Vorsprünge gegenüberstehen,
wobei ein axialer Abstand d eingehalten ist.
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Die
in 2 gezeigte zweiteilige Käfigeinrichtung 20, 20' und das Innenteil 10 werden
in der dargestellten relativen Lage zueinander dadurch fixiert,
dass die Elastomertragfeder 30 gestaltet wird, wobei das
Elastomer an die aus Metall hergestellten Teile 10, 20, 20' anvulkanisiert
wird. Den auf diese Weise gebildeten Lagergrundkörper 70 zeigt 3. Wie
aus dieser Figur hervorgeht, ist das Innenteil auf dessen Mantelfläche mit
einer Elastomerschicht belegt. Im Bereich der Enden ist die Elastomerschicht vergleichsweise
gering, während
im Bereich der Nut 12 des Innenteils, siehe 2,
eine Elastomertasche 32 gebildet ist, deren Funktion unten
stehend näher erläutert wird.
Dabei werden die zur Achse im Wesentlichen senkrecht verlaufenden
Taschenwände durch
die Elastomer beschichtete Wandung der Nut 12, siehe 2,
des Innenteils gebildet, während
die beiden dazu im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Taschenwände durch
das anvulkanisierte Elastomervollmaterial gebildet ist. Auf der
gegenüberliegenden,
in 3 verdeckten Seite des Innenteils 10 ist
eine weitere Elastomertasche gebildet.
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Die
Käfigringe
sind mit dem Innenteil jeweils über
einen konusförmigen
Elastomerabschnitt 31 verbunden, welcher einerseits einen
Teil der Elastomertragfeder darstellt und darüber hinaus als Flüssigkeitskammerwand
dient. Während
der Umfang des in der Figur linken angeordneten Käfigrings
mit Elastomer vollständig
geschlossen ist, weist der rechte Käfigring den schon beschriebenen
Kanal 61 auf, über
welchen Flüssigkeit
zwischen den Kammern ausgetauscht wird. Das Elastomer weist im Bereich
der Beabstandung der axialen Vorsprünge der Käfigringe, siehe 2,
einen V-förmigen
Einschnitt auf mit einer maximalen Lücke d', welche aufgrund der Elastomeranlagerung
an die sich axial erstreckenden Vorsprünge kleiner als der Abstand
d ist, siehe 2.
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Im
zusammengebauten Zustand wird der Lagergrundkörper 70 axial vorgespannt,
derartig, dass die Lücke
d' geschlossen wird.
Zur Abgrenzung der Flüssigkeitskammern
gegeneinander sind an den entsprechenden Stellen Dichtlippen 62, 63 vorgesehen,
welche im zusammengebauten Zustand mit der Außenhülse zur Abdichtung der Flüssigkeitskammern
zusammenwirken.
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Die 4a,
b zeigen eines von zwei zwischen dem Lagergrundkörper 70 und der Hülse 40 angeordneten
Progressionsfederpaketen, wobei in 4a eine
perspektivische Aufsicht und 4b eine
Bodenansicht darstellt. Das Progressionsfederpaket 50 weist
eine radial außen
liegende Anlagefläche 51 zur
Anlage an der Innenseite der Außenhülse 40 auf.
Ein von der Anlagefläche
ausgehender, Einschnitt 53 ist V-förmig gestaltet und erstreckt
sich verjüngend
radial nach innen. Die Anlagefläche 51 ist
als Abschnitt einer Zylindermantelfläche ausgebildet. An beiden
umfänglichen
Enden des Progressionsfederpakets 50 sind jeweils in axialer
Richtung beabstandet zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Zähne 52 vorgesehen.
Der V-förmige
Einschnitt 53 weist zumindest zwei, zur Anlagefläche 51 radial
nach innen abgesetzte Ränder 57 auf.
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In
der Bodenansicht von 4b ist die radial innen liegende
Anlagefläche 54 erkennbar,
mit welcher sich das Progressionsfederpaket 50 an dem Lagergrundkörper 70 abstützt. Im
zusammengebauten Zustand des Lagers liegt die innere Anlagefläche 54 in
der Elastomertasche 32 des Lagergrundkörpers 70, siehe 3.
Wie aus 4b erkennbar, sind zwischen
der äußeren und
inneren Anlagefläche 51, 54 der
Progressionsfeder zwei axial hintereinander angeordnete Elastomersegmente 55, 56 gebildet,
welche sich durch den V-förmigen
Einschnitt 53 ergeben. Die beiden Elastomersegmente 55, 56 nehmen
im Wesentlichen radial wirkende Kräfte bei einer radialen Auslenkung
des Lagers auf.
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Der
radiale Einschnitt 53 ist zur Aufnahme eines in 5a gezeigten
Abstandshalters 80 ausgebildet, welcher als Volumen- bzw. Wegbegrenzer
für die
beiden Elastomersegmente 55, 56 wirkt. Der Abstandshalter 80 weist
hierzu die gleiche radial außen liegende
Krümmung
wie die Anlagefläche 51 des Progressionsfederpakets
auf. Nach der Einfügung des
Abstandshalters 80 liegt dieser mit seinen Anlageflächen 81 auf
den zugeordneten Kanten 57 des Progressionsfederpakets
auf, siehe 4a. Wie aus 5a erkennbar,
ragt der Abstandshalter nach der Zusammenfügung in den V-förmigen Einschnitt
hinein, wobei dieser Abschnitt abgerundet ist, sodass sich die Elastomersegmente
bei einer Zusammenstauchung daran abrollen können. Indem das Volumen ausgewählt wird,
mit welchem der Abstandshalter oder Wegbegrenzer 80 in
den Einschnitt hineinragt, kann die Progression des Progressionsfederpakets 50 eingestellt
werden.
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Die 5a bzw. 5b zeigen
die Einlegeteile, welche in der beschriebenen Ausführungsform wie
der Abstandshalter 80 aus Kunststoff hergestellt sind.
Das untere Einlegeteil 90 dient dabei zur Festlegung der
unteren Anlagefläche 54 und
das obere Anlageteil 91 dient zur Definition der außen liegenden
Anlagefläche 51 des
Progressionsfederpakets 50, siehe 4b. Wie
der Fachmann erkennt, werden bei der Herstellung des Progressionsfederpakets 50 die
beiden Einlegeteile 90, 91 in vorgegebener Weise
zueinander gehalten und daran Elastomermaterial angeformt zur Gestaltung
des in 4a, b gezeigten Progressionsfederpakets.
In der beschriebenen Ausführungsform
sind die Einlegeteile 90, 91 vollständig von
Elastomermaterial umgeben.
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6 zeigt
nun den in 3 dargestellten Lagergrundkörper 70 mit
zwei, jeweils in einer Elastomertasche 32 sich abstützenden
Progressionsfederpaketen 50, 50'. In dem V-förmigen Einschnitt eines jeden
Progressionsfederpakets 50, 50' ist ein Wegbegrenzer 80, 80' eingefügt. Beide
Progressionsfederpakete liegen jeweils innerhalb einer Flüssigkeitskammer,
welche durch einen umfänglichen, am
in der 6 rechten Käfigring
verlaufenden Kanal 61 miteinander in Verbindung stehen.
Die beiden, voneinander getrennten Flüssigkeitskammern entstehen
nach dem Aufbringen einer axialen und einer radialen Vorspannung, über welche
einerseits die dargestellten axialen Lücken wie die Lücke d' (siehe 3)
geschlossen werden und andererseits die Progressionsfederpakete
mit deren äußeren Anlageoberflächen auf
eine radiale Höhe
mit dem Umfang der mit Elastomer belegten Käfigringe gebracht werden. Beide
Flüssigkeitskammern
werden dann nach radial nach außen
durch die in 6 nicht dargestellte Außenhülse beschränkt.
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Der
in 6 dargestellte Lagergrundkörper mit den beiden angelegten
Progressionsfederpaketen 50 ist in einer Zweischnittdarstellung
in 7 gezeigt, wobei die beiden Schnitte einen Winkel
von 90° zueinander
aufweisen. Wie aus der Figur hervorgeht, sind in der Darstellung
die beiden konisch verlaufenden Flüssigkeitskammerwände 31,
welche sich jeweils zwischen dem Innenteil 10 und einem
Käfigring 20, 20' erstrecken,
entspannt. Gleiches gilt für
die beiden Elastomersegmente 55, 56, welche sich
jeweils in einer Tasche 32 (siehe 3) über das
untere Einlegeteil 90 am Innenteil 10 abstützen.
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In
der beschriebenen Ausführungsform
weist das zusammengesetzte Lager sowohl eine axiale als auch eine
radiale Vorspannung auf.
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Die
Situation, nachdem zuerst eine axiale Vorspannung und nachfolgend
eine radiale Vorspannung auf die drei aneinander gelegten Teile 70, 50, 50' aufgebracht
wurde, ist in 8 wiederum in einer Zweischnittdarstellung
gezeigt. Zur Klarheit der Darstellung ist die gebördelte Außenhülse, welche
die Teile unter Vorspannung zusammenhält nicht dargestellt. Wie zu
erkennen, sind die in 7 noch vorhandenen axialen Lücken innerhalb
des Lagergrundkörpers 70 bzw.
zwischen den Progressionsfederpaketen und den mit Elastomer belegten
Käfigringen
in der Darstellung der 8 geschlossen. Durch das Aufbringen
einer axialen und einer radialen Vorspannung wurden die Zähne 52 der
Progressionsfederpakete in einen Formschluss mit den an dem Lagergrundkörper gestalteten
Taschen 71 gebracht, siehe 7. Wie durch
Vergleich von 7 und 8 erkennbar,
erhalten die Flüssigkeitskammerwände 31 aufgrund
der axialen Vorspannung eine ballige Struktur, da die Wände 31 gestaucht
werden. Gleiches gilt für
die Elastomersegmente 55, 56 aufgrund des Aufbringens
der radialen Vorspannung, welche dafür sorgt, dass diese Segmente
gestaucht werden. Dabei rollen sich die Elastomerpakete 55, 56 mit
ihren sich gegenüber
liegenden Oberflächen 55a, 56a an dem
gekrümmten
Abschnitt 82 des Wegbegrenzers 80 ab. In der in 8 gezeigten
Grundstellung, welche der nicht ausgelenkten Betriebsstellung des
Lagers entspricht, berühren
sich die beiden inneren Oberflächen 55a, 56a der
Elastomersegmente 55, 56 noch nicht, es besteht
eine Lücke
zwischen beiden. Gleiches gilt für
die relative Lage der Elastomersegmente 55, 56 bzw.
der Oberflächen 55b, 56b zu
der jeweils benachbarten Flüssigkeitskammerwand 31, die
sich in der in 8 dargestellten Ruhebetriebsstellung
des Lagers auch nicht berühren.
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Das
Zusammenfügen
der in den bisherigen Figuren beschriebenen Teilen 70, 50, 50' des beschriebenen
erfindungsgemäßen Buchsenlagers
ist in 9 angegeben. Dabei entspricht der linke Teil der
Figur einem vergrößerten Ausschnitt
der 6, in welchem die relative Lage der Zähne 52, 52' der Progressionsfederpakete
zu den zugeordneten Taschen 71 an dem Lagergrundkörper 70 in
einer Situation dargestellt sind, in welcher keine axiale bzw. keine
radiale Vorspannung auf den Lagergrundkörper bzw. beide Progressionsfederpakete
aufgebracht ist. Wird nun zuerst eine axiale Vorspannung auf den Lagergrundkörper aufgebracht,
schließt
sich die Lücke
d' (siehe 3),
sodass die Zähne 52, 52' durch das Aufbringen
einer radialen Vorspannung in die jeweilige zugeordnete Tasche 71 eingeführt werden können. Dabei
wirkt jeweils eine Stirnfläche
des Zahns 52, 52',
deren Normalevektor axial zum Lager verläuft, mit einer zugeordneten
Anlagefläche
der zugeordneten Tasche zur Aufnahme der axialen Vorspannung zusammen.
Nachdem die Zähne 52, 52' der Progressionsfederpakete 50, 50' mit den jeweiligen
Taschen 71 an dem Lagergrundkörper 70 in Eingriff
gebracht wurden, kann die axiale Vorspannung entfernt und die Progressionsfederpakete
in die endgültige
radiale Endstellung gebracht werden, bei welcher die Zähne 52, 52' jeweils vollständig in
die zugeordnete Tasche 71 eingeführt sind, siehe die rechte Darstellung
der 9. Mit der beschriebenen Zusammenfügung der
Teile wird die Dichtlippe 62 in axialer Richtung geschlossen.
Zur Vervollständigung des
erfindungsgemäßen Lagers
wird dann die Außenhülse aufgeschoben
und an beiden Enden umgebördelt,
siehe die 1a, 1b, welche
das fertige erfindungsgemäß ausgebildete
Buchsenlager zeigen.
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10 zeigt ähnlich wie 9 die
Zusammenfügung
des Lagergrundkörpers
und eines Progressionsfederpakets einer weiteren Ausführungsform,
wobei der Lagergrundkörper
wiederum axial und das Progressionsfederpaket radial vorgespannt werden.
Auch bei der in 10 dargestellten Ausführungsform
wird die axiale Vorspannung zuerst aufgebracht. Der Lagergrundkörper 70 weist
im Bereich beider Käfigringe
jeweils eine umfänglich
verlaufende Nut 72 auf, in die jeweils ein umfänglich verlaufender
Steg 58 an dem Progressionsfederpaket 50 eingeführt werden
kann. Hierzu wird auf den Lagergrundkörper eine axiale Kraft ausgeübt und nachfolgend
die sich radial nach innen erstreckenden Stege 58 durch
das Aufbringen einer radialen Kraft zum Einstellen der radialen
Vorspannung in die Nuten 72 eingeführt. Auch hier kann die axiale
Kraft auf den Lagergrundkörper 70 entfernt
werden, sobald der Formschluss zwischen Progressionsfederpaket und Lagergrundkörper zum
Halten der axialen Vorspannung eingestellt ist.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemäß gestalteten
Lagers, bei welchem sowohl der Lagergrundkörper als auch die Progressionsfederpakete
axial bzw. radial vorgespannt werden, wobei bei der Montage hier
jedoch zuerst die radiale Vorspannung auf die Progressionsfederpakete
aufgebracht und danach die axiale Vorspannung in den Lagergrundkörper eingebracht
wird. Hierzu weist das Progressionsfederpaket axial beabstandete
Absätze 59 auf,
die mit zugeordneten, am Lagergrundkörper angebrachten Vorsprüngen 73 zum
Halten der radialen Vorspannung zusammenwirken. Die jeweiligen Anlageflächen weisen
bei der in 11 beschriebenen Ausführungsform
eine solche Orientierung auf, dass der Normalenvektor im Wesentlichen radi al
verläuft.
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Der
wesentliche Vorteil bei den in den 9 bis 11 beschriebenen
Gestaltungen von erfindungsgemäßen Lagern
besteht darin, dass der Lagergrundkörper und die Progressionsfederpakete
bei dem Aufschieben der Außenhülse nur
mit einer axialen oder einer radialen Kraft beaufschlagt werden müssen, da
die Vorspannung in die jeweils andere Richtung durch einen Formschluss
zwischen Lagergrundkörper
und Progressionsfederpakete gehalten wird.
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Mit
Bezug auf die 12 und 13 wird
im Folgenden die Funktionsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten
Lagers erläutert.
Dabei zeigt 12 das Lager in einer Längsschnittdarstellung
mit einer reinen radialen Auslenkung, während 13 das
Lager in einer Betriebssituation zeigt, bei welcher es kardanisch
ausgelenkt ist, d.h. die Achse A ist aus der Ruhelage heraus gekippt.
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Die
Verhältnisse
werden im Folgenden mit Bezug auf 8 erläutert, welche
in einer Schnittdarstellung die Verhältnisse bei einem unausgelenkten Lager
zeigt. Demgegenüber
ist das in 12 dargestellte Buchsenlager
symmetrisch zur Achse A in radialer Richtung ausgelenkt. Der gezeigte
Schnitt durch das Lager ist gerade so durchgeführt, dass in der oberen Hälfte das
erste Progressionsfederpaket im Schnitt und in der unteren Hälfte das
zweite Progressionsfederpaket im Schnitt zu erkennen ist. Die jeweiligen
Bauteile der Progressionsfederpakete sind mit den gleichen Bezugszeichen
angegeben, wobei zur Unterscheidung der Bauteile die Bezugszeichen des
unteren Progressionsfederpakets zusätzlich mit einem Oberstrich
versehen sind. Durch die radiale Auslenkung des Lagers werden die
in der Figur oberen Elastomersegmente 55, 56 weiter
zusammengestaucht, gleiches gilt für die Flüssigkeitskammerwände 31. 12 zeigt
eine Situation, bei welcher der Einschnitt 53 durch diese
Stauchung vollkommen geschlossen ist, d.h. die inneren Oberflächen 55a, 56a der
Elastomersegmente 55, 56 liegen aneinander, siehe
zum Vergleich 8. Das Elastomer des oberen
Progressionsfederpakets hat sich in Querrichtung in der dargestellten
Betriebsstellung so weit ausgedehnt, dass es auch zu beiden Seiten
mit den Flüssigkeitskammerwänden 31 in
Kontakt geraten ist. Das Volumen der Flüssigkeitskammer 60 ist
im Vergleich zu der in 8 dargestellten Ruhebetriebslage
stark vermindert. Die Verminderung der freien Oberflächen innerhalb
des Progressionsfederpakets durch die Schließung des Einschnitts 53 und
dem Kontakt der Elastomersegmente 55, 56 mit den
Flüssigkeitskammerwänden 31 hat
zur Folge, dass die Federrate stark zugenommen hat. Sobald die Elastomersegmente 55, 56 keine
Möglichkeit
mehr aufweisen, sich in Querrichtung auszudehnen, kann keine weitere
Auslenkung des Lagers in radialer Richtung mehr erfolgen, das Lager
besitzt demnach eine Wegbeschränkung
für radiale
Auslenkungen.
-
Die
beschriebene Verminderung der freien Oberfläche für das Progressionsfederpaket
ist ein im Verlauf der Auslenkung kontinuierlicher Prozess, sodass
das im Wesentlichen in radialer Richtung wirkende Federpaket progressiv
arbeitet. Wie die eingezeichneten Krümmungsradien K1, K2 zeigen,
ist die radial nach außen
zeigende Oberfläche
des Einlegeteils 91 an die Krümmung des konischen Abschnittes des
Innenteils 10 angepasst, sodass eine möglichst gleichförmige Krafteinbringung
in das Elastomer sichergestellt ist. Gleiches gilt für die radial
innen liegende Oberfläche
des Einlegeteils 91 sowie der Abschnitte der Käfigringe 20, 20', an welchen
die Flüssigkeitskammerwand 31 befestigt
ist.
-
In
entgegen gesetzter Weise zur Stauchung der Elastomersegmente 55, 56 und
der Flüssigkeitskammerwände 31 sind
die Verhältnisse
im Bereich des zweiten, dem ersten gegenüber liegenden Progressionsfederpaket
entgegen gesetzt, d.h. die Flüssigkeitskammerwände 31' und die Elastomersegmente 55', 56' sind in Bezug
auf ihre Ruhelage gedehnt. Dies hat zur Folge, dass der Einschnitt 53' sowie die Flüssigkeitskammer 60' gegenüber der
Ruhebetriebsstellung des Lagers vergrößert sind. Da die Flüssigkeitskammerwände 31' und die Elastomersegmente 55', 56' in der Ruhestellung
vorgespannt sind, ist die Zugbelastung auf das Elastomer vermindert,
was die Betriebszeit des Lagers erhöht. Gleichzeitig ist sichergestellt,
dass in jeder Betriebslage das Progressionsfederpaket an der Außenhülse 40 anliegt.
-
In
der beschriebenen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lagers
weist das Innenteil 10 eine Balligkeit auf, die sich auch
an der Oberfläche des
inneren Einlegeteils 91 zur Gestaltung einer einheitlichen
Krümmung
K1 der Anlagefläche
des Elastomers fortsetzt. Der Vorteil einer solchen gestalterischen
Maßnahme
zeigt sich insbesondere bei einer kardanischen Auslenkung des Lagers,
welche der schon beschriebenen radialen Auslenkung überlagert
sein kann. 13 zeigt eine rein kardanische Auslenkung
des Lagers in einer Schnittdarstellung. Durch die beschriebene einheitliche
Krümmung
K1 der Anlageflächen
des Elastomers kann dieses sich in besonders Material schonender
Weise bei einer Schubbelastung daran abrollen. Aufgrund der in Ruhelage
unter Vorspannung gehaltenen Elastomersegmente 55', 56' und der Flüssigkeitskammerwand 31' ist die Materialbelastung
auch in der in 13 gezeigten Betriebssituation
vermindert, da auf diese Weise sichergestellt ist, dass das Elastomer
nicht übermäßig auf
Zug belastet wird.
-
- 1
- Buchsenlager
- 10
- Innenteil
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Nut
- 13
- Konischer
Abschnitt
- 20,
20'
- Käfigring
- 21,
21'
- Axialer
Vorsprung
- 22,
22'
- Tasche
- 23
- Rinne
- 30
- Elastomertragfeder
- 31,
31'
- Flüssigkeitskammerwand
- 32
- Elastomertasche
- 40
- Außenhülse
- 41
- Bördelung
- 50,
50'
- Progressionsfederpaket
- 51
- Radial
außen
liegende Anlagefläche
- 52,
52'
- Zahn
- 53,
53'
- Einschnitt
- 54
- Radial
innen liegende Anlagefläche
- 55,
55'
- Elastomersegment
- 55a,
55b
- Oberfläche des
Elastomersegments
- 56,
56'
- Elastomersegment
- 56a,
56b
- Oberfläche des
Elastomersegments
- 57
- Rand
- 58
- Steg
- 59
- Absatz
- 60,
60'
- Flüssigkeitskammer
- 61
- Kanal
- 62,
63
- Dichtlippe
- 70
- Lagergrundkörper
- 71
- Tasche
- 72
- Nut
- 73
- Vorsprung
- 80,
80'
- Abstandshalter;
Volumen-/Wegbegrenzer
- 81
- Rand
- 82
- Krümmung
- 90,
90'
- Unteres
Einlegeteil
- 91,
91'
- Oberes
Einlegeteil
- A
- Achse
- K1,
K2, K1'
- Krümmung