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Die Erfindung betrifft ein Lager für ein Kraftfahrzeug zur Lagerung einer Last mit einem Gehäuse, einem Innenteil und mindestens einer elastischen Tragfeder, die das Innenteil gegen das Gehäuse abstützt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Lagers für ein Kraftfahrzeug.
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Lager der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits seit langem bekannt und werden in einem Kraftfahrzeug z. B. dazu verwendet, den Motor, das Getriebe oder die Antriebswelle des Kraftfahrzeuges federnd gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeuges zu lagern. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, das Lagergehäuse aus Stahl oder Aluminium zu fertigen. Dies hat den Vorteil, dass das Lager aufgrund der Stabilität der genannten Werkstoffe hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann. Es ist jedoch festzustellen, dass ein Lager mit einem Gehäuse aus den genannten Werkstoffen relativ schwer ist. Es wurde daher auch schon vorgeschlagen, Teile des Gehäuses aus Kunststoff zu fertigen. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 032 957 A1 ein Lager der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Teil des Gehäuses aus Kunststoff gefertigt ist. Hierbei weist das Kunststoffteil zur Gewichtseinsparung einen Hohlraum auf, der durch Verstärkungsrippen stabilisiert ist. Das Kunststoffteil ist zur Vervollständigung des Lagergehäuses mit einem Befestigungsbügel verbunden, der aus einem fließfestem Material, z. B. Aluminium besteht. Durch die Verwendung eines solchen Befestigungsbügels können Fließ- und Setzerscheinungen des Kunststoffs vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines solchen Befestigungsbügels ist darin zu sehen, dass das Lager hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann. Es ist jedoch festzustellen, dass auch das aus der genannten Druckschrift bekannte Lager ein relativ hohes Gewicht aufweist, da der Befestigungsbügel aus Aluminium einen wesentlichen Teil des Lagergehäuses einnimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das ein geringes Gewicht aufweist und gleichzeitig mechanisch hoch belastbar ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagers für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Gehäuse ein Spritzgussteil aus Kunststoff ist und bereichsweise mindestens ein Versteifungselement aufweist, das zumindest bereichsweise von dem Kunststoffmaterial umspritzt ist und form- und/oder stoffschlüssig mit dem Kunststoffmaterial verbunden ist. Die Aufgabe wird ebenfalls durch den nebengeordneten Anspruch 8 gelöst.
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Unter der Formulierung, dass das Versteifungselement zumindest bereichsweise von dem Kunststoffmaterial umspritzt ist, ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass zumindest eine Oberfläche des Versteifungselementes während des Spritzvorganges, in dem das Gehäuse hergestellt wird, ganz oder teilweise von dem Kunststoffmaterial bedeckt wird. Hierbei verbindet sich das Versteifungselement form- und/oder stoffschlüssig mit dem Kunststoffmaterial. Vorzugsweise ist das Versteifungselement schichtförmig ausgebildet, d. h. die Dicke des Versteifungselementes ist wesentlich kleiner als die Länge und die Breite des Versteifungselementes. Ferner ist die Dicke des Versteifungselementes wesentlich kleiner als die Dicke des Bereiches des Gehäuses, in den das Versteifungselement eingebettet ist (vorzugsweise weist das Versteifungselement eine Dicke auf, die ca. 2% bis 50% der Dicke des Gehäuses in dem Bereich entspricht, in den das Versteifungselement eingebettet ist). Als Werkstoff für das Versteifungselement sind alle Materialien geeignet, die einen höheren Elastizitätsmodul als das Kunststoffmaterial des Gehäuses aufweisen.
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Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Lagergehäuse und damit das gesamte Lager ein geringes Gewicht aufweisen, da das Gehäuse mit Ausnahme des Versteifungselementes komplett aus Kunststoff gefertigt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Lager mechanisch hoch belastbar ist, da das Gehäuse durch das Versteifungselement stabilisiert wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Lager nur wenig Bauraum benötigt. Dies liegt darin begründet, dass man aufgrund der Verwendung des Versteifungselementes auf Verstärkungsrippen in dem Gehäuse aus Kunststoff verzichten kann oder aber diese Verstärkungsrippen zumindest kleiner und damit platzsparender ausbilden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass das Gehäuse und damit das Lager einfach herzustellen ist, da das Lager komplett im Spritzgussverfahren hergestellt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 besteht das Versteifungselement aus Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, und ist formschlüssig mit dem Kunststoff verbunden. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass Aluminium und Stahl einen besonders großen Elastizitätsmodul aufweisen, so dass sie zur Stabilisierung des Gehäuses aus Kunststoff besonders geeignet sind. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Versteifungselement aus Metall günstig in der Herstellung ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 besteht das Versteifungselement aus einem faserverstärktem Kunststoff und ist stoffschlüssig mit dem Kunststoff verbunden. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, eine besondere Formgebung des Versteifungselementes, die eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Versteifungselement und dem Kunststoffmaterial des Lagers erlaubt, nicht notwendig ist. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Versteifungselement aus einem faserverstärktem Kunststoff ein geringes Gewicht aufweist, so dass das Gewicht des Lagergehäuses gegenüber einem Lagergehäuse mit einem Versteifungselement aus Metall weiter reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Versteifungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie der Kunststoff, aus dem das Gehäuse im Übrigen besteht. Dies bringt Vorteile bei der Fertigung des Lagergehäuses und beim späteren Einsatz des Lagergehäuses, insbesondere in einem Umfeld mit starken Temperaturschwankungen, mit sich. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist schließlich darin zu sehen, dass durch eine geeignete Ausrichtung der Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff bestimmte Richtungen in dem Versteifungselement und damit in dem Lagergehäuse besonders verstärkt werden können. Die Versteifung des Lagergehäuses kann also mit Hilfe eines Versteifungselementes aus einem faserverstärkten Kunststoff anisotrop ausgerichtet werden. So ist es beispielsweise möglich, das Versteifungselement in dem Lagergehäuse so auszurichten, dass die Fasern in dem faserverstärkten Kunststoff in einer Richtung verlaufen, in der das Lagergehäuse auf Zug belastet wird. Die Fasern in dem Versteifungselement können die Zugkräfte dann aufnehmen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 besteht das Versteifungselement aus einem Glasfasergewebe, das in ein Polyamid eingebettet ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Glasfasergewebe Zugkräfte in zwei Richtungen aufnehmen kann, nämlich in Kett- und Schussrichtung der einzelnen Gewebefasern. Hierbei ist es möglich, eine der beiden Richtungen dadurch zu verstärken, dass die Glasfasern in dieser Richtung dichter gelegt werden, als in der anderen Richtung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist das mindestens eine Versteifungselement in einem Bereich des Gehäuses angeordnet, der besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist. Die Bereiche des Gehäuses, die im späteren Einsatz des Lagers besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, können bereits bei der Konstruktion des Lagers in an sich bekannter Art und Weise z. B. durch FEM-Berechnungen oder auf einem Prüfstand bestimmt werden. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das Versteifungselement nur in besonders stark belasteten Bereichen des Lagergehäuses eingesetzt wird und somit in seiner Größe optimiert werden kann. Dies führt zu einer weiteren Optimierung des Gewichtes des Lagergehäuses.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 erstreckt sich das mindestens eine Versteifungselement über einen gesamten Lastpfad des Gehäuses. Ein Lastpfad in dem Gehäuse zeichnet sich dadurch aus, dass er im Einsatz des Lagers besonders hohe mechanische Belastungen aufnehmen muss. Ein Lastpfad verläuft also z. B. durch einen Steg, der zwei Aufhängungspunkte des Lagers miteinander verbindet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Lastpfad des Gehäuses insgesamt durch ein Versteifungselement verstärkt wird und somit besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 ist das Versteifungselement als Endlosteil ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Versteifungselement in Form eines Endlosteils besonders hohe Zugkräfte aufnehmen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Versteifungselement aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht, bei dem die einzelnen Fasern des Versteifungselementes in Umfangsrichtung des Endlosteils ausgerichtet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
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1 ein Lager für ein Kraftfahrzeug,
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2 ein Lager für ein Kraftfahrzeug,
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3 ein Lager für ein Kraftfahrzeug.
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Die 1a zeigt ein Lager 2 für ein Kraftfahrzeug zur Lagerung einer Last im Kraftfahrzeug. Derartige Lager sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt, so dass der grundsätzliche Aufbau des Lagers 2 hier nur kurz erläutert werden soll. Das Lager enthält ein Gehäuse 4, das ein Innenteil 6 umfasst. Ferner enthält das gezeigte Lager 2 zwei elastische Tragfedern 8a, 8b, mit der sich dass Innenteil 6 bzw. 10 gegen das Gehäuse 4 abstützt (es sind auch Lager bekannt, die nur eine einzige Tragfeder aufweisen). Darüber hinaus enthält das Lager 2 eine Durchgangsöffnung 10, die zur Befestigung des Lagers 2 an der Karosserie des nicht gezeigten Kraftfahrzeuges genutzt wird, und eine Durchgangsöffnung 12, die zur Befestigung der Last genutzt wird, die mit Hilfe des Lagers 2 federnd gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeuges gelagert werden soll.
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Die 1b zeigt die Draufsicht auf die Außenwand 14 des Lagers 2 (siehe auch 1a). 1c zeigt einen Querschnitt entlang der in der 1a eingezeichneten Linie A/A. Das Gehäuse 4 des Lagers 2 ist ein aus Kunststoff gefertigtes Spritzgussteil. Das Gehäuse 4 weist ein Versteifungselement 16 auf, dass in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von dem Kunststoffmaterial umspritzt ist und formschlüssig mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 4 verbunden ist. Das Versteifungselement 16 besteht aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl und ist als Endlosteil ausgebildet, das parallel zu der Seitenwand 14 des Lagers 2 verläuft. Hierbei umfasst das Versteifungselement 16 das Innenteil 6 mit der Durchgangsöffnung 12 und die Durchgangsöffnung 10.
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1d zeigt das Versteifungselement 16 in perspektivischer Darstellung. Das Versteifungselement 16 enthält mehrere Fenster 18, die bei der Herstellung des Gehäuses 4 (siehe 1c) im Spritzgussverfahren von dem eingespritzten Kunststoffmaterial durchflossen werden, so dass sich das Versteifungselement 16 formschlüssig mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 4 verbindet. Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Versteifungselement 16 allseitig vollständig von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 4 umgeben. Es ist jedoch auch möglich, das Lager 2 so auszubilden, dass lediglich die nach radial innen gerichtete Oberfläche 20 des Versteifungselementes 16 (siehe 1d) vollständig von dem Kunststoffmaterial bedeckt ist und die nach außen gerichtete Oberfläche 22 des Versteifungselementes 1d nur im Bereich der Fenster 18 von dem Kunststoffmaterial abgedeckt ist. Auch in diesem Fall ist das Versteifungselement 16 über die Fenster 18, durch die das Kunststoffmaterial während des Spritzgießvorganges dringt, formschlüssig mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 4 verbunden.
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2a zeigt ein Lager 2 für ein Kraftfahrzeug in perspektivischer Darstellung. Der grundsätzliche Aufbau des Lagers 2 gemäß der 2a stimmt mit dem Aufbau des Lagers 2 der 1a überein, so dass diesbezüglich auf die Figurenbeschreibung zu der 1a verwiesen wird. Das Gehäuse 4 des Lagers 2 enthält Versteifungselemente 16a und 16b, die in Bereichen des Gehäuses 4 angeordnet sind, die besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Hierbei ist das Versteifungselement 16a in dem Bereich des Gehäuses 4 angeordnet, der am weitesten von der Durchgangsöffnung 10 entfernt angeordnet ist. Das Versteifungselement 16b ist hingegen in dem Steg und des Gehäuses 4 angeordnet, der die Durchgangsöffnung 10 mit der Durchgangsöffnung 12 verbindet (das Versteifungselement 16b ist somit in einem Lastpfad des Gehäuses angeordnet). Auch dieser Steg des Gehäuses 4 ist bei einem Einsatz des Lagers 2 besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Ein zusätzliches Versteifungselement kann in dem zweiten Steg angeordnet werden, der die Durchgangsöffnung 10 mit der Durchgangsöffnung 12 verbindet, und der dem ersten Steg, in dem das Versteifungselement 16b angeordnet ist, gegenüber liegt. Die Versteifungselemente 16a, 16b liegen in der Seitenwand 14 des Gehäuses 4 und verlaufen parallel zu dieser. Die nach außen gerichteten Oberflächen der Versteifungselemente 16a, 16b sind weitestgehend frei von dem Kunststoffmaterial des Gehäuses 4.
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2b zeigt das Versteifungselement 16a in vergrößerter Darstellung. Das Versteifungselement 16a besteht, genau wie das Versteifungselement 16b, aus einem faserverstärktem Kunststoff und ist stoffschlüssig mit dem Kunststoff des Gehäuses 4 (siehe 2a) verbunden. Der faserverstärkte Kunststoff besteht aus einem Glasfasergewebe 24, das schematisch in dem aufgebrochenen Teil des Versteifungselementes 16a angedeutet ist. In dem Glasfasergewebe 24 liegen die Fäden 26, die bei dem eingebauten Versteifungselement 16a auf Zug belastet werden, wesentlich dichter zusammen, als die senkrecht dazu verlaufenden Fäden 28. Somit ist es möglich, dass das Versteifungselement 16a einerseits hohe mechanische Belastungen in Zugrichtung aufnehmen kann und andererseits einfach so gekrümmt werden kann, wie es in der 2b gezeigt ist. Die Kontur des Versteifungselementes 16a kann somit besonders gut der äußeren Kontur des Gehäuses 4 des Lagers 2 angepasst werden. Das Glasfasergewebe 24 ist zur Vervollständigung des Versteifungselementes 16b in ein Polyamid eingebettet, das eine stoffschlüssige Verbindung des Versteifungselementes 16a mit dem Kunststoffmaterial 4 des Lagers 2 ermöglicht.
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3 zeigt ein Lager 2 mit einem Gehäuse 4 und einem Versteifungselement 16, das weitestgehend dem in der 2 gezeigten Lager entspricht. Der einzige Unterschied ist dadurch zu sehen, dass das Versteifungselement 16 als Endlosteil ausgebildet ist. Auch das in den 3a und 3b gezeigte Versteifungselement 16 besteht aus einem faserverstärktem Kunststoff und ist stoffschlüssig mit dem Kunststoff des Gehäuses 4 verbunden. Insbesondere besteht das Versteifungselement 16 aus einem Glasfasergewebe, das in einem Polyamid eingebettet ist. Die Fäden können innerhalb des Glasfasergewebes so ausgerichtet sein, wie es bereits im Zusammenhang mit der 2b erläutert worden ist, wobei die Fäden in dem Glasfasergewebe, die in Umfangsrichtung des Versteifungselementes verlaufen, endlos ausgebildet sind. Das Versteifungselement 16 ist über die nach radial innen gerichtete Oberfläche 20 mit der Außenwand des Gehäuses 4 des Lagers 2 stoffschlüssig verbunden. Die nach radial außen gerichtete Oberfläche 22 des Versteifungselementes 16 bleibt weitestgehend frei von dem Kunststoffmaterial, aus dem das Gehäuse 4 des Lagers 2 gespritzt ist.
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Die in den 1 bis 3 gezeigten Lager werden wie folgt hergestellt: In einem ersten Schritt wird das Gehäuse 4 in Spritzguss hergestellt. Dazu wird in eine Spritzgussform, die der Form des Gehäuses 4 entspricht, das Versteifungselement 16 eingelegt und in seiner Position fixiert. Sofern das Gehäuse 4 über mehrere Versteifungselemente verfügen soll, werden alle Versteifungselemente in die Spritzgussform eingelegt und dort in der vorgesehenen Position, die sie später in dem Gehäuse 4 einnehmen sollen, fixiert. Danach wird in die Spritzgussform zur Herstellung des Gehäuses 4 ein Kunststoffmaterial eingespritzt, wobei das Versteifungselement zumindest bereichsweise von dem Kunststoffmaterial umspritzt wird und formschlüssig (siehe 1) oder stoffschlüssig (siehe 2 und 3) mit dem Kunststoffmaterial verbunden wird. Nach dem Spritzvorgang wird das Gehäuse 4 aus der Spritzgussform entnommen. Die übrigen Bestandteile des Lagers werden in an sich bekannter Art und Weise mit dem Gehäuse 4 des Lagers 2 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Lager
- 4
- Gehäuse
- 6
- Innenteil
- 8
- Tragfeder
- 10
- Durchgangsöffnung
- 12
- Durchgangsöffnung
- 14
- Außenwand
- 16
- Versteifungselement
- 18
- Fenster
- 20
- Oberfläche
- 22
- Oberfläche
- 24
- Glasfasergewebe
- 26
- Faden
- 28
- Faden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032957 A1 [0002]
