DE102012213028A1

DE102012213028A1 - Elastomerlager, insbesondere Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012213028A1
Application number: DE201210213028
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schnaars
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager (1), insbesondere ein Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug. Das Elastomerlager (1) zeichnet sich durch ein Innenteil (3) aus, welches eine sich entlang einer Montageachse (5) erstreckende Montageöffnung (7) aufweist und wobei das Innenteil (3) zumindest bereichsweise von einem Elastomerkörper (17) umschlossen ist und wobei radial zu der Montageachse (5) und beabstandet von dem Innenteil (3) ein Kunststoffelement (19, 25, 31) angeordnet ist. Das Kunststoffelement (19, 25, 31) ist als Kunststoffanspritzteil ausgeführt und unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche (21, 27, 33) an den Elastomerkörper (1) angespritzt. Es wird weiterhin eine Verfahren zur Herstellung eines Elastomerlagers (1) vorgeschlagen, wobei ein Unterzusammenbau bestehend aus dem Innenteil (3) und dem daran durch Vulkanisation angebundenen Elastomerkörper (17) in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und bei dem anschließenden Spritzvorgang zumindest ein Teilbereich des Elastomerkörpers (17) eine Formwand für das Kunststoffelement (19, 25, 31) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager, insbesondere ein Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elastomerlagers gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Elastomerlager werden zur Verbesserung des Fahrkomforts in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Durch die Verwendung von Elastomerlagern werden störende Schwingungen im Fahrwerk und deren Übertragung auf die Fahrzeugkarosserie gedämpft.
Die Lagerung zwischen dem Achsträger, der auch als Fahrschemel oder Hilfsrahmen bezeichnet wird, und Fahrzeugkarosserie erfolgt in der Regel über als Achsträgerlager ausgebildete Elastomerlager. Achsträgerlager werden unterschieden in Vorder- und Hinterachsträgerlager.
Bekannte Achsträgerlager bestehen im Wesentlichen aus einem Innenteil und einem Außenteil, die über einen oder mehrere Elastomerkörper miteinander verbunden sind.
Aus der DE 10 2005 003 945 C5 ist ein Buchsenlager mit einem Innenteil und einem das Innenteil abschnittsweise umgebenden elastomeren Lagerkörper bekannt, der durch eine Außenhülse aufgenommen werden kann. Der elastomere Lagerkörper wird durch zwei Radialstege gebildet, die eine Schichtfolge aufweisen, bei welcher in radialer Richtung elastomere Bereiche und metallische oder/und aus Kunststoff gebildete Elemente einander abwechseln. Die radial äußere Schicht wird durch Metallelemente oder Elemente aus Kunststoff gebildet, welche eine kreissegmentförmige Außenkontur besitzen.
Die DE 10 2004 019 917 A1 beschreibt ein Elastomerlager, das an der Außenmantelfläche seines Innenteils eine in Längsrichtung verlaufende Wellenkontur aufweist. Das Außenteil sowie ein zwischen dem Innen- und dem Außenteil angeordnetes Zwischenelement weisen ebenfalls eine in gleicher Richtung verlaufende Wellenkontur auf. Das Innenteil besteht in einer Ausführungsvariante aus einem Kern und einer diesen umgreifenden Kunststoff-Ummantelung, von deren Außenmantelfläche die Wellenkontur gebildet ist. Der Kern weist dabei eine Nut auf, in welche die Ummantelung eingreift. Bei dieser zweiteiligen Ausgestaltung des Innenteils ist es möglich, die Ummantelung nach der Fertigstellung des Kerns an diesen anzuspritzen. Hierdurch können insbesondere bei der Serienfertigung Kosten eingespart werden, da eine aufwendige Bearbeitung der Oberfläche des Innenteils zum Ausbilden der Wellenkontur entfallen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elastomerlager mit erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten bereitzustellen, das prozesssicher hergestellt werden kann. Gleichzeitig soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elastomerlagers bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein gattungsgemäßes Elastomerlager, welches zusätzlich die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Patentanspruch 12 gibt ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elastomerlagers an.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung sieht demnach ein Elastomerlager vor, insbesondere ein Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innenteil, welches eine sich entlang einer Montageachse erstreckende Montageöffnung aufweist. Das Innenteil ist zumindest bereichsweise von einem Elastomerkörper umschlossen. Radial zu der Montageachse und beabstandet von dem Innenteil ist ein Kunststoffelement angeordnet. Die Erfindung schlägt vor, dass das Kunststoffelement als Kunststoffanspritzteil ausgeführt und unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche an den Elastomerkörper angespritzt ist.
Der Außenumfang des Elastomerlagers kann in einem Schnitt senkrecht zur Montageachse rund oder unrund ausgebildet sein. Durch die Wahl eines ovalen Außenumfangs lassen sich beispielsweise von der Belastungsrichtung abhängige Dämpfungseigenschaften einstellen.
Die Montageachse ist deckungsgleich mit der Längsachse, die ein gedachtes Verbindungselement, durch welches das Elastomerlager mit einem Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, verbunden wird, im montierten Zustand einnimmt. Es handelt sich hierbei in der Regel um eine im Wesentlichen in Axialrichtung des Innenteils verlaufende Achse.
Die Montageöffnung ist zur Montage des Elastomerlagers mit dem Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere der Fahrzeugkarosserie, unter Zuhilfenahme eines Verbindungselements, beispielsweise einer Schraube, erforderlich und kann als Durchgangsöffnung axial durch das Innenteil verlaufen. Sie kann alternativ auch als Gewindesackloch ausgeführt sein. Die Montageöffnung kann im Querschnitt beispielsweise kreis- oder langlochförmig gestaltet sein. Ein Innenteil kann mehrere, vorzugsweise achsparallel angeordnete Montageöffnungen aufweisen, um den Einsatz des Elastomerlagers in baugleicher Ausführung für unterschiedliche Anwendungsfälle bzw. unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen zu ermöglichen.
Das Elastomerlager kann ein einzelnes Kunststoffelement oder mehrere Kunststoffelemente enthalten. Der Begriff Kunststoffanspritzteil soll verdeutlichen, dass es sich um ein durch Kunststoff-Spritzgießen erzeugtes Teil handelt, welches direkt an den Elastomerkörper angespritzt wird. Da es sich bei dem Kunststoff-Spritzgießverfahren um ein Urformverfahren handelt, kann man das Kunststoffanspritzteil auch als Urformteil bezeichnen. Die Kontaktfläche ist der Bereich in dem sich das Kunststoffspritzteil und der Elastomerkörper bei dem fertiggestellten Elastomerlager berühren.
Zur Herstellung des Elastomerkörpers im Vulkanisationsverfahren ist es erforderlich, sämtliche Bauteile des Elastomerlagers, die durch Vulkanisation miteinander verbunden werden sollen, vor dem Vulkanisieren in einem Vulkanisationswerkzeug zu positionieren. Durch die Erfindung wird es möglich, die Anzahl der Bauteile, die zur Herstellung des Elastomerkörpers in das Vulkanisationswerkzeug eingelegt werden müssen, zu reduzieren. Das Innenteil ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl oder Aluminium, gebildet. Die weiteren Bauteile, die hier als Kunststoffelemente bezeichnet werden, können jedoch auch in einer bezüglich des Bauteilgewichts günstigen Ausführung aus Kunststoff die geforderten Eigenschaften erfüllen. Dadurch wird die Auswahl der zwingend in das Vulkanisationswerkzeug einzulegenden Bauteile auf das Innenteil reduziert. Dies führt dazu, dass das Vulkanisationswerkzeug vom Aufbau her einfacher gestaltet werden kann. Bei dem konstruktiven Aufbau des Elastomerkörpers ergeben sich dadurch mehr Gestaltungsmöglichkeiten, weil durch das Nicht-Vorhandensein von einzulegenden Kunststoffelementen im Vulkanisationswerkzeug weniger Störgeometrien vorhanden sind, die bei der Auslegung des Vulkanisationsprozesses berücksichtigt werden müssen. Ist es erforderlich, mehrere Bauteile vor dem Vulkanisationsprozess in das Vulkanisationswerkzeug einzulegen und dort zu fixieren, kann der Aufbau des Vulkanisationswerkzeugs, insbesondere durch die Fixierungseinrichtungen komplex und dadurch das gleichmäßige Umschließen der eingelegten Bauteile durch die Elastomermasse erschwert werden.
Durch die Ausführung des Kunststoffelements oder der Kunststoffelemente als Kunststoffanspritzteil(e) kann die separate Anfertigung als Einzelteil(e) und der damit im Zusammenhang stehende Aufwand wie z.B. Bereitstellung entsprechender Betriebsmittel, Fertigungslohn, Qualitätssicherung, Disposition, Logistik, Lagerhaltung, Bestandsverwaltung usw. entfallen.
Bevorzugt wird die Kontaktfläche durch eine Außen- oder Innenmantelfläche des Elastomerkörpers gebildet.
Durch eine flächige Anlage der Kunststoffelemente an die im Wesentlichen in Richtung der Montageachse verlaufenden Außen- und Innenmantelflächen des Elastomerkörpers wird eine günstige Aufnahme der radial auf das Elastomerlager einwirkenden Dämpfungskräfte ermöglicht und das Auftreten von bei radialer Dämpfungskraftbeaufschlagung unerwünschter Kraftkomponenten in Richtung der Montageachse vermieden.
Vorteilhaft weist die Kontaktfläche eine in Richtung der Montageachse verlaufende Profilierung auf.
Die Profilierung hat den Vorteil einer Oberflächenvergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Elastomerkörper und dem Kunststoffelement. Auf diese Weise kann die Haftung zwischen diesen beiden Fügepartnern zusätzlich zu dem Aufbringen eines Haftvermittlers vor dem Anspritzen des Kunststoffelements noch weiter verbessert und durch einen zusätzlichen Formschlussanteil unterstützt werden. Die Profilierung kann regelmäßig oder unregelmäßig ausgeführt sein. In Bezug auf die geometrische Form der Profilierung kommen beispielsweise sägezahn-, rechteck-, trapez- oder dachförmige Ausgestaltungen in Frage, wobei die Flächenübergänge dieser Profilformen jeweils stark verrundet ausgeführt werden, um durch Kerbwirkung hervorgerufene Spannungsspitzen zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund hat sich eine Wellenform gemäß der DE 10 2004 019 917 A1 als besonders vorteilhaft erwiesen. Umfassen die wellenförmig ausgebildeten Kontaktflächen zwischen Elastomerkörper und Kunststoffelement mehrere in radialer Richtung beabstandete Teilbereiche sich im Wesentlichen in Richtung der Montageachse erstreckender Außen- oder Innenmantelflächen des Elastomerkörpers, so können die Wellenformen der einzelnen Teilbereiche zueinander phasengleich oder phasenversetzt und/oder mit gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängen und/oder Amplituden verlaufen. Auf diese Weise ergibt sich eine große Vielfalt an Variationsmöglichkeiten zur Einstellung der Dämpfungseigenschaften des Elastomerlagers.
In vorteilhafter Weiterbildung weist das Kunststoffelement eine weitere Kontaktfläche auf, die sich quer zur Montageachse erstreckt.
Auf diese Weise wird ebenfalls eine sichere Einleitung von in Richtung der Montageachse auftretenden Dämpfungskräften in den Elastomerkörper ermöglicht. Darüber hinaus werden durch die weiteren Kontaktflächen in Verbindung mit den im Wesentlichen in Richtung der Montageachse verlaufenden Kontaktflächen, die Teilbereiche der Außen- und Innenmantelflächen des Elastomerkörpers umfassen, Formwände als Teile der für das Kunststoff-Spritzgießen der Kunststoffelemente erforderlichen Kavitäten bereitgestellt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoffelement als den Elastomerkörper zumindest teilweise umschließendes Außenteil ausgeführt.
Das Außenteil liegt im Einbauzustand des Elastomerlagers an dem aufnehmenden Bauteil, insbesondere einer Innenwandung einer Achsträger-Aufnahmehülse, an. Das Außenteil kann die radial zur Montageachse angeordnete Außenmantelfläche des Elastomerkörpers in Umfangsrichtung vollständig umschließen. Es kann in Umfangsrichtung auch in mehrere, vorzugsweise zwei, Segmente unterteilt sein, die in dem mit dem Elastomerkörper verbundenen Zustand zueinander in Richtung der Montageachse verlaufende Fugen aufweisen. Mit dieser Ausführung kann während des Fügens mit dem aufnehmenden Bauteil, insbesondere durch Einpressen, eine Kalibrierung des Elastomerkörpers erreicht werden, wenn der Außenumfang der an den Elastomerkörper angespritzten Außenteil-Segmente im entspannten Zustand des Elastomerlagers vor der Montage größer ist als der Innenumfang des aufnehmenden Bauteils.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Außenmantelfläche des Außenteils in Richtung der Montageachse profiliert. Als vorteilhaft hat sich eine wellenförmige Profilierung erwiesen, die auf eine möglicherweise an der Innenmantelfläche vorhandene in gleicher Richtung verlaufende Profilierung zur Erreichung einer günstigen Kalibrierung abgestimmt ist.
In vorteilhafter Weiterbildung ist das Kunststoffelement als im Wesentlichen von dem Elastomerkörper umschlossenes Zwischenelement ausgebildet. Ein wesentlicher Vorteil der Ausbildung des Zwischenelements als Kunststoffanspritzteil besteht darin, dass dieses im Zuge der Herstellung des Elastomerkörpers nicht als separat hergestelltes Bauteil vor dem Vulkanisationsvorgang in der Vulkanisationsform fixiert werden muss. Ein separat hergestelltes Zwischenelement wird mit Fixierungsmitteln der Vulkanisationsform außerhalb der Elastomerkörpergeometrie an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten erfasst. Bei einem nur einseitig durch Fixierungsmittel der Vulkanisationsform gehalten, separat hergestellten Zwischenelement, besteht die Gefahr, dass das freie Ende durch die beim Vulkanisationsvorgang auf das Zwischenelement einwirkenden Kräfte unzulässig verschoben wird, was nur durch eine zerstörende Prüfung nachgewiesen werden kann. Da ein als Kunststoffanspritzteil ausgebildetes Zwischenelement bis auf eine schmale Anspritzseite, die zum Entformen des Elastomerkörpers aus der Vulkanisationsform erforderlich ist, an allen übrigen Seiten an den Elastomerkörper angespritzt werden kann, also eine gemeinsame Kontaktfläche mit diesem bilden kann, ist die Anzahl der in Bezug auf die Geometrie des Zwischenelements zur Verfügung stehenden Gestaltungsmöglichkeiten wesentlich höher als dies bei der Verwendung eines separat hergestellten Zwischenelements der Fall wäre. Darüber hinaus bietet eine taschenförmige Ausbildung der in den Elastomerkörper einformten Kavität zur Aufnahme des als Kunststoffanspritzteil ausgebildeten Zwischenelements den Vorteil, dass über den beim Kunststoff-Spritzvorgang einstellbaren Spritzdruck eine Einstellmöglichkeit für die Kalibrierung geschaffen wird. Wenn das Elastomerlager als Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, können zwei diametral gegenüberliegende Zwischenelemente vorgesehen sein, die im Einbauzustand im Kraftfahrzeug vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung angeordnet sind, um in dieser Richtung durch eine relativ hohe Federrate eine relativ harte Dämpfung zu ermöglichen.
Bevorzugt weist der Elastomerkörper eine Hohlkammer auf, die in einem Radialschnitt von einem Elastomermaterial des Elastomerkörpers umschlossen ist. Die Hohlkammer kann sich über die gesamte Länge des Elastomerkörpers in Richtung der Montageachse erstrecken und so zwei stirnseitige Öffnungen aufweisen, taschenförmig mit nur einer stirnseitigen Öffnung ausgeführt sein oder allseitig von dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers umschlossen sein. Die Hohlkammer ist im Querschnitt vorzugsweise nierenförmig ausgeführt und wird daher auch als Niere bezeichnet. Wenn das Elastomerlager als Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, sind vorteilhaft zwei diametral gegenüberliegende Hohlkammern vorgesehen, die im Einbauzustand im Kraftfahrzeug bevorzugt in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind, um in dieser Richtung durch eine relativ niedrige Federrate eine relativ weiche Dämpfung zu ermöglichen. Durch die Hohlkammer wird die Möglichkeit einer Stabilisierung des Elastomerkörpers während Kunststoff-Spritzgießens des Kunststoffelements geschaffen, indem Schieberelemente des Kunststoff-Spritzgusswerkzeugs während des Spritzvorgangs in die Hohlkammer eintauchen, um den relativ labilen Elastomerkörper während des Spritzgieß-Vorgangs zu stabilisieren.
Gemäß einer Weiterbildung des Elastomerlagers ist das Kunststoffelement an die Hohlkammer angrenzend ausgebildet. Diese Ausbildung des Kunststoffelements kann vorteilhaft ein Anschlagelement bilden. Das Anschlagelement umgreift das Innenteil endseitig, ist jedoch allseitig von diesem beabstandet. Das Volumen des umlaufenden Spalts zwischen dem Innenteil und dem Anschlagelement wird zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, durch den Elastomerkörper ausgefüllt. Das Anschlagelement weist an seinem Umfang bevorzugt jeweils zwei sich gegenüberliegende Anschlag- und Verbindungsabschnitte auf. Die Verbindungsabschnitte stellen eine Verbindung zwischen den beiden Anschlagabschnitten her und dienen der Befestigung des Anschlagelements mit den darin enthaltenen Anschlagabschnitten an dem Elastomerkörper unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche. Die Anschlagabschnitte umfassen eine bezüglich der Montageachse nach radial außen weisende, im Einbauzustand vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Wirkfläche auf, die einer gegenüberliegenden, durch die nierenförmige Hohlkammer getrennten Teilfläche des Elastomerkörpers zugeordnet ist. Die Wirkfläche des Anschlagabschnitts und die dieser gegenüberliegende Teilfläche des Elastomerkörpers berühren sich bei einer Ausrichtung in Fahrzeuglängsrichtung, wenn die Beschleunigungs- oder Bremskräfte derart auf das Elastomerlager einwirken, dass der durch die nierenförmige Hohlkammer gegebene Abstand zwischen den beiden Flächen durch elastische Verformung des Elastomerkörpers überbrückt wird. Durch die Ausbildung des Anschlagelements als Kunststoffanspritzteil entfällt die Montage eines separat hergestellten Anschlagelementss. Durch die Verbindung des Metall-Innenteils mit dem Elastomerkörper durch Vulkanisation und die Anbindung des Anschlagelements an den Elastomerkörper unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche, die vor dem Anspritzen des Anschlagelements noch mit einem Haftvermittler benetzt werden kann, ist eine sichere Verbindung durch Stoff- und Formschluss gegeben. Ein ungewolltes axiales Verschieben oder Verdrehen, falls das Innenteil als Hohlzylinder ausgebildet ist, ist in diesem Fall, im Gegensatz zu der Verwendung eines Anschlagelements als Montageteil, ausgeschlossen.
Bevorzugt ist das Kunststoffelement aus einem Polyamid-Werkstoff gebildet. In der Praxis haben sich Polyamid 6 (PA 6) und Polyamid 6.6 (PA 6.6) bewährt. Durch die Wahl unterschiedlicher Polyamid-Werkstoffe für die verschiedenen Ausbildungen des Kunststoffelements besteht eine Variationsmöglichkeit, um sowohl die geforderten Dämpfungseigenschaften des Elastomerlagers als auch fertigungstechnische Erfordernisse aufeinander abzustimmen. Beispielsweise kann das Außenteil aus PA 6 hergestellt sein und die Anschlagelemente aus PA 6.6.
In vorteilhafter Weiterbildung weist der Polyamid-Werkstoff eine Faserverstärkung auf. Durch die Beimengung von Verstärkungsfasern werden die Festigkeitseigenschaften des Polyamid-Werkstoffs verbessert. Als Verstärkungsfasern eignen sich beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Glas-, Kohle- oder Aramidfasern. Als vorteilhaft hat sich ein Polyamid-Werkstoff mit einem Zusatz von 25 bis 30 Gewichtsprozent Glasfasern erwiesen.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elastomerlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 vorgeschlagen, bei dem ein Unterzusammenbau bestehend aus dem Innenteil und dem daran durch Vulkanisation angebundenen Elastomerkörper in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und bei dem anschließenden Spritzvorgang zumindest ein Teilbereich des Elastomerkörpers eine Formwand für das Kunststoffelement bildet. Zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Elastomerkörper und dem Kunststoffelemant kann der Elastomerkörper an seinen gemeinsamen Kontaktflächen, die er mit dem Kunststoffelement ausbildet, vor dem Spritzvorgang mit einem Haftvermittler benetzt werden. Das den Unterzusammenbau aufnehmende Kunststoff-Spritzgusswerkzeug kann zur Erreichung einer Kalbrierung des Elastomerkörpers derart ausgelegt sein, dass dieser im eingelegten Zustand vorgespannt ist. Das Kunststoff-Spritzgusswerkzeug kann darüber hinaus Schieberelemente aufweisen, die insbesondere bei einer Herstellung der Kunststoffanspritzteile in mehreren Schritten, beispielsweise, wenn die Kunststoffanspritzteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen, während des Spritzvorgangs Hohlräume des Elastomerkörpers ausfüllen, um eine unerwünschte Verformung des Elastomerkörpers durch den Spritzdruck zu vermeiden. Es ist auch möglich, neben dem Innenteil noch weitere Bauteile des Elastomerlagers, für die hier vorstehend eine Ausführung als Kunststoffanspritzteil vorgeschlagen wurde, durch Vulkanisation mit dem Elastomerkörper zu verbinden. Dies kann erforderlich sein, wenn diese weiteren Bauteile für den entsprechenden Anwendungsfall beispielsweise bevorzugt aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden und somit nicht als Kunststoffanspritzteil ausgebildet sein können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Elastomerlagers in einem eingebauten Zustand entlang des Schnittverlaufs A-A gemäß 2;
2: einen Radialschnitt des Elastomerlagers gemäß 1, jedoch ohne Anbauteile, entlang der Schnittebene B-B; und
3: das Elastomerlagers gemäß 2 in einer Explosionsdarstellung.
1 zeigt ein als Achsträgerlager ausgeführtes Elastomerlager 1 in einem in ein Kraftfahrzeug eingebauten Zustand. Das Elastomerlager 1 ist von seinen Außenkonturen her im Wesentlichen zylinderförmig aufgebaut. Es weist ein säulenförmig aufgebautes Innenteil 3 mit einer quadratischen Querschnittsfläche und abgerundeten Längskanten auf, das sich entlang einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Längsachse bildenden Montageachse 5 erstreckt. Die Querschnittsfläche des Innenteils 3 kann alternativ auch rund ausgebildet sein oder eine andere unrunde Form, beispielsweise oval, aufweisen. Das Innenteil 3 weist eine sich zentral entlang der Montageachse 5 erstreckende Montageöffnung 7 mit einem Langloch-förmigen Querschnitt, der alternativ auch kreisförmig ausgebildet sein kann, auf.
Zur Verbindung des Elastomerlagers 1 mit einem Kraftfahrzeugbauteil 9, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer in 1 schematisch angedeuteten Fahrzeugkarosserie 9, wird die Montageöffnung 7 von einem als Schraube ausgebildeten Verbindungselement 11 durchgriffen. Die Schraube 11 durchgreift ebenfalls eine Öffnung in der Fahrzeugkarosserie 9 sowie eines ihr gegenüberliegenden und durch das Elastomerlager 1 von ihr beabstandeten Axialanschlagtellers 13. Das Elastomerlager 1 wird an seinem Umfang zusätzlich von einer Aufnahmehülse 15 eines nicht dargestellten Achsträgers aufgenommen.
Die Montageachse 5 entspricht im Ausführungsbeispiel der Fahrzeughochachse. Die Querschnittsfläche der Montageöffnung 7 ist deutlich größer als die Querschnittsfläche des sie durchgreifenden Schraubenabschnitts ausgeführt. Auf diese Weise können möglicherweise vorhandene Maßabweichungen zwischen der Fahrzeugkarosserie 9 und dem Achsträger während der Montage ausgeglichen werden.
Das Innenteil 3 ist in dem Ausführungsbeispiel umfangsseitig vollständig von einem Elastomerkörper 17 umschlossen. Innenteil 3 und Elastomerkörper 17 sind durch Vulkanisation miteinander verbunden. Der Elastomerkörper 17 kann auch in Richtung der Montageachse geteilt sein und das Innenteil 3 lediglich bereichsweise umschließen; vorteilhaft an zwei in Bezug auf eine durch die Montageachse 5 verlaufende Ebene symmetrisch angeordneten Bereichen.
Das Elastomerlager 1 wird an seinem Umfang von einem als Kunststoffelement ausgebildeten Außenteil 19 umschlossen, das mit seiner Innenmantelfläche unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche 21 an den Elastomerkörper 17 angespritzt ist. Die Kontaktfläche 21 verläuft in Richtung der Montageachse 5 wellenförmig. Die Außenmantelfläche des Außenteils 19 weist keine Profilierung auf. Das Außenteil 19 kann alternativ auch aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein, wenn mit einer Ausführung als Kunststoffelement die für den jeweiligen Anwendungsfall geforderten Eigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, nicht erreicht werden können. In diesem Fall erfolgt die Verbindung zwischen dem Elastomerkörper 17 und dem Außenteil 19 durch Vulkanisation.
Alternativ kann die Außenmantelfläche des Außenteils 19 gemäß der DE 102 27 978 B4 eine bezüglich der Montageachse 5 nach radial außen gerichtete Wölbung aufweisen, deren maximaler Außenumfang zur Erreichung einer Kalibrierung des Elastomerkörpers 17 beim Einpressen in die Achsträger-Aufnahmehülse 15 größer gewählt ist als der Innenumfang der in ihrer axialen Erstreckung mit gleichbleibendem Querschnitt verlaufenden Achsträger- Aufnahmehülse 15. Durch diese Überdeckung wird zugleich ein Festsitz zwischen dem Elastomerlager 1 und der Achsträger-Aufnahmehülse 15 erreicht. Die Wandstärke des Außenteils 19 kann bei dieser Ausführungsform über ihren Verlauf in Richtung der Montageachse 5 konstant oder nicht konstant sein.
Außenteil 19 und Innenteil 3 sind vorteilhaft konzentrisch zueinander angeordnet. Die beiden Bauteile können aber auch exzentrisch zueinander angeordnet sein, so dass zum Beispiel unterschiedliche Lagersteifigkeiten in unterschiedlichen radialen Richtungen zur Montageachse 5 realisierbar sind.
Das Außenteil 19 weist an seiner der Fahrzeugkarosserie 9 abgewandten Stirnseite einen teilweise umlaufenden, nach radial außen rechtwinklig abgestellten Kragen 23 auf, dessen stirnseitige Kreisring-Außenfläche von einem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 17 überzogen ist. Die mit Elastomermaterial überzogene Kragenfläche wirkt mit dem Axialanschlagteller 13 als ein den Dämpfungsweg in Richtung der Montageachse 5 begrenzender Axialanschlag zusammen. Die der mit Elastomermaterial überzogenen Kragenfläche in Richtung der Montageachse 5 gegenüberliegende Kragenfläche dient im Einbauzustand des Achsträgerlagers 1 als mit der Achsträger-Aufnahmehülse 15 zusammenwirkender Endanschlag.
Zwischen dem Innenteil 3 und dem Außenteil 19 sind zwei sich in Bezug auf die Montageachse 5 diametral gegenüberliegende Zwischenelemente 25 angeordnet von denen allerdings nur ein Zwischenelement 25 sichtbar ist, da es sich bei der 1 um einen sogenannten Drei-Viertel-Schnitt handelt. Bei den Zwischenelementen 25 handelt es sich um Kunststoffelemente, die als Kunststoffanspritzteile ausgeführt sind. Die Zwischenelemente 25 sind bis auf die dem Axialanschlagteller 13 zugewandten Stirnseiten allseitig unter Ausbildung gemeinsamer Kontaktflächen 27 mit dem sie umschließenden Elastomerkörper 17 verbunden. Die dem Axialanschlagteller 13 zugewandten Stirnseiten der Zwischenelemente 25 sind nicht von dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 17 überzogen, damit das Kunststoffmaterial der Zwischenelemente von hier aus in den Elastomerkörper 17 eingespritzt werden kann. Bei diesem Vorgang bildet der Elastomerkörper 17 im Bereich der Kontaktflächen 27 Kavitäten für den Kunststoff-Spritzvorgang aus. Die Kontaktflächen 27 verlaufen in ihrer Erstreckung in Richtung der Montageachse 5 wellenförmig. Um die Haftung zwischen dem Elastomerkörper 17 und den Zwischenelementen 25 zu verbessern, können die Kontaktflächen 27 vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials der Zwischenelemente 25 mit einem Haftvermittler besprüht werden.
In einem Radialschnitt betrachtet sind 90° versetzt zu den Zwischenelementen in dem Elastomerkörper 17 zwei Hohlkammern 29 angeordnet, von denen aufgrund des für die 1 gewählten Schnittverlaufs wiederum nur eine erkennbar ist. Die Hohlkammern 29 sind im Ausführungsbeispiel in Richtung der Fahrzeugkarosserie 29 geschlossen. Die geschlossenen und die offenen Seiten können alternativ in Richtung der Fahrzeughochachse 5 getaucht sein. Es ist ebenfalls vorstellbar, die Hohlkammern 29 beidseitig offen oder beidseitig geschlossen auszuführen. Falls die Hohlkammern 29 geschlossen sind, können sie zur Erreichung einer höheren Dämpfungswirkung mit einem Dampfungsmittel, insbesondere einem Dämpfungsfluid, befüllt und untereinander über zumindest einen Dämpfungsmittelkanal verbunden sein. An seinem, dem Axialanschlagteller 13 zugewandten Ende, weist das Elastomerlager 1 ein das Innenteil 3 umgebendes, jedoch von ihm durch einen umlaufenden Spalt getrenntes Anschlagelement 31 auf. Der umlaufende Spalt ist mit dem Elastomermaterial des Elastomerkörpers 17 ausgefüllt. Bei dem Anschlagelement 31 handelt es sich um ein Kunststoffelement, das als Kunststoffanspritzteil ausgeführt ist. Das Anschlagelement 31 ist unter Ausbildung gemeinsamer Kontaktflächen 33 mit dem es an zwei Außenflächen umschließenden Elastomerkörpers 17 verbunden. Um die Haftung zwischen dem Elastomerkörper 17 und dem Anschlagelement 31 zu verbessern, können die Kontaktflächen 33 vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials des Anschlagelements 31 mit einem Haftvermittler besprüht werden.
Das Anschlagelement 31 weist einstückig an seinem Umfang zwei sich jeweils diametral gegenüberliegende Anschlagabschnitte 35 und Verbindungsabschnitte 37 auf. Die Verbindungsabschnitte 37 stellen in Umfangsrichtung eine Verbindung zwischen den beiden Anschlagabschnitten 35 her und dienen der Befestigung des Anschlagelements 31 mit den darin enthaltenen Anschlagabschnitten 35 an dem Elastomerkörper unter Ausbildung der gemeinsamen Kontaktflächen 33. Die Anschlagabschnitte 35 umfassen eine bezüglich der Montageachse nach radial außen weisende Wirkfläche 39 auf. Normal zu der Wirkfläche 39 sind nach radial außen gegenüber liegende Teilflächen 41 der Hohlkammern 29 angeordnet, die mit den Wirkflächen 39 funktional zusammenwirken.
In 2 sind, bezogen auf den im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand des Achsträgerlagers 1, die Fahrzeuglängsrichtung L und die Fahrzeugquerrichtung Q angegeben. Es ist zu erkennen, dass das Anschlagelement 31 mit seiner dem Anschlagabschnitt 35 zugeordneten Wirkfläche 39 an die Hohlkammer 29 angrenzt. Die Hohlkammer 29 wird aufgrund ihres nierenförmigen Querschnitts häufig auch als Niere bezeichnet. Das Kraftfahrzeug hat in seiner Fahrzeuglängsrichtung L zur Aufnahme von Brems- und Beschleunigungskräften durch eine relativ niedrige Federrate eine relativ weiche Dämpfung durch elastische Verformung des Elastomerkörpers 17 solange sich die Wirkfläche 39 und die Teilfläche 41 nicht berühren, da die einseitig in Richtung des Axialanschlagtellers 13 offene Hohlkammer 29 nicht mit einem Dämpfungsmedium befüllt ist.
Die Dämpfung in Fahrzeugquerrichtung Q ist unter anderem durch den Einsatz der Zwischenelemente 25 härter, da diese eine Erhöhung der Federrate bewirken. Die Zwischenelemente 25 sind im Querschnitt im Wesentlichen kreissegmentförmig ausgebildet. Es ist auch eine kreisringsegmentförmige Ausbildung vorstellbar.
Der Kragen 23 weist zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung L gegenüberliegende Ausklinkungen auf. Diese dienen der Positionierung der als Achsträgerlager ausgebildeten Elastomerlager 1 in einer Montagevorrichtung zur Montage der Achsträgerlager 1 mit dem zugehörigen Achsträger.
Die Montageöffnung 7 des Innenteils 3 ist zum Ausgleich von Herstellungsabweichungen in Fahrzeugquerrichtung Q langlochförmig ausgebildet.
In 3 sind der säulenförmige Aufbau des Innenteils 3 sowie die Kontaktfläche 21 zwischen dem Außenteil 19 und dem Elastomerkörper 17 und die Kontaktflächen 27 zwischen den Zwischenelementen 25 und dem Elastomerkörper 17 zu erkennen. Das Anschlagelement 31 mit den beiden Anschlagabschnitten 35 und den beiden Verbindungsabschnitten 37 ist einstückig ausgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Elastomerlager, Achsträgerlager
3: Innenteil
5: Montageachse, Längsachse, Fahrzeughochachse
7: Montageöffnung
9: Kraftfahrzeugbauteil, Fahrzeugkarosserie
11: Verbindungselement, Schraube
13: Axialanschlagteller
15: Achsträger-Aufnahmehülse
17: Elastomerkörper
19: Außenteil, Kunststoffelement
21: Kontaktfläche zwischen Außenteil und Elastomerkörper
23: Kragen
25: Zwischenelement, Kunststoffelement
27: Kontaktfläche zwischen Zwischenelement und Elastomerkörper
29: Hohlkammer, Niere
31: Anschlagelement, Kunststoffelement
33: Kontaktfläche zwischen Anschlagelement und Elastomerkörper
35: Anschlagabschnitt des Anschlagelements
37: Verbindungsabschnitt des Anschlagelements
39: Wirkfläche des Anschlagelements
41: Teilfläche der Hohlkammer
L: Fahrzeuglängsrichtung
Q: Fahrzeugquerrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005003945 C5 [0005]
DE 102004019917 A1 [0006, 0020]
DE 10227978 B4 [0041]

Claims

Elastomerlager (1), insbesondere Achsträgerlager für ein Kraftfahrzeug, mit einem Innenteil (3), welches eine sich entlang einer Montageachse (5) erstreckende Montageöffnung (7) aufweist und wobei das Innenteil (3) zumindest bereichsweise von einem Elastomerkörper (17) umschlossen ist und wobei radial zu der Montageachse (5) und beabstandet von dem Innenteil (3) ein Kunststoffelement (19, 25, 31) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (19, 25, 31) als Kunststoffanspritzteil ausgeführt und unter Ausbildung einer gemeinsamen Kontaktfläche (21, 27, 33) an den Elastomerkörper (1) angespritzt ist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (21, 27, 33) durch eine Außen- oder Innenmantelfläche des Elastomerkörpers (17) gebildet wird.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (21, 27, 33) eine in Richtung der Montageachse (5) verlaufende Profilierung aufweist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (19, 25, 31) eine weitere Kontaktfläche aufweist, die sich quer zur Montageachse (5) erstreckt.
Elastomerlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement als den Elastomerkörper (17) zumindest teilweise umschließendes Außenteil (19) ausgebildet ist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelfläche des Außenteils (19) in Richtung der Montageachse (5) profiliert ist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement als im Wesentlichen von dem Elastomerkörper (17) umschlossenes Zwischenelement (19) ausgebildet ist.
Elastomerlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (17) eine Hohlkammer (29) aufweist, die in einem Radialschnitt von einem Elastomermaterial des Elastomerkörpers (17) umschlossen ist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (31) an die Hohlkammer (29) angrenzend ausgebildet ist.
Elastomerlager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffelement (19, 25, 31) aus einem Polyamid-Werkstoff gebildet ist.
Elastomerlager (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyamid-Werkstoff eine Faserverstärkung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Elastomerlagers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterzusammenbau bestehend aus dem Innenteil (3) und dem daran durch Vulkanisation angebundenen Elastomerkörper (17) in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und bei dem anschließenden Spritzvorgang zumindest ein Teilbereich des Elastomerkörpers (17) eine Formwand für das Kunststoffelement (19, 25, 31) bildet.