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Die Erfindung betrifft ein elastomeres Buchsenlager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Derartige elastomere Buchsenlager zur Bereitstellung einer verminderten torsionalen und kardanischen Steifigkeit sind auf dem Gebiet bekannt und werden insbesondere als Dämpfungsbuchse im Bereich der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zur Ausgestaltung einer Verbundlenkerhinterachse und/oder einer Mehrlenkerachse eines Kraftfahrzeuges, eingesetzt. So beschreibt beispielsweise das Dokument
DE 10 2011 054 631 B4 die Verwendung einer solchen Dämpfungsbuchse als Verbindungsmittel zum Kuppeln eines Aufhängungssystems eines Kraftfahrzeuges mit einem Hilfsrahmen einer Fahrzeugkarosserie. Ein solches elastomeres Buchsenlager ist beispielsweise ferner in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2009 043 552 A1 offenbart.
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Ein gattungsbildendes elastomeres Buchsenlager ist in der Offenlegungsschrift
DE 101 50 189 A1 offenbart.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsbildendes elastomeres Buchsenlager in Bezug auf die Gleitreibungseigenschaften zwischen Lagerschalenelement und sphärischem Abschnitt der radialen Außenfläche der Innenhülse zu verbessern.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung schon mit einem elastomeren Buchsenlager, umfassend die Merkmale von Anspruch 1. Das erfindungsgemäße elastomere Buchsenlager weist eine Innenhülse auf, die an einer radialen Außenfläche einen sphärischen Abschnitt umfasst, der sich zur Einrichtung eines gegenseitigen Gleitkontaktes an einer, eine Gleitfläche bereitstellende radialen Innenfläche eines Lagerschalenelementes abstützt, zur Gestaltung eines Kugelhülsengelenks, sowie eine Außenhülse und ein radial zwischen Lagerschale und Außenhülse angeordneten Dämpfungskörper, der als Elastomerkörper ausgebildet sein kann, wobei der Dämpfungskörper stoffschlüssig mit der Außenhülse verbunden ist, insbesondere an die Außenhülse anvulkanisiert sein kann. Der Dämpfungskörper ist mit einer radialen Innenfläche an einer Außenfläche des Lagerschalenelementes stoffschlüssig verbunden, insbesondere anvulkanisiert, zur direkten Abstützung des Dämpfungskörpers an dem Lagerschalenelement. Das erfindungsgemäße elastomere Buchsenlager zeichnet sich dadurch aus, dass das Lagerschalenelement an den sphärischen Abschnitt der radialen Außenfläche der Innenhülse angespritzt ist.
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Dadurch, dass das Lagerschalenelement, welches die Gleitfläche für den sphärischen Abschnitt der Innenhülse bereitstellt, gleichzeitig als Anlage- bzw. Abstützelement für den radial außenliegenden Dämpfungskörper ausgebildet ist, kann der Aufbau des Buchsenlagers wesentlich vereinfacht und damit eine kostengünstigere Herstellung bereitgestellt werden. Dadurch, dass das Lagerschalenelement an den sphärischen Abschnitt der radialen Außenfläche der Innenhülse angespritzt ist, ist die dem sphärischen Abschnitt der Innenhülse zugeordnete Gleitfläche des Lagerschalenelementes grundsätzlich und ohne einen eventuellen Kalibrierungsschritt umfänglich geschlossen. Hierdurch kann zum einen ein eventueller Schmiermittelverlust im Bereich der Lagerung des sphärischen Abschnitts der Innenhülse im Lagerschalenelement vermieden bzw. ausgeschlossen und darüber hinaus die Reibung in dieser Anordnung mit Kugelhülsengelenkfunktionalität weiter vermindert werden.
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Dem erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlager liegt die Idee zugrunde, die Gleitschale für das im Buchsenlager integrierte Kugelhülsengelenk gleichzeitig als Bauteil des Buchsenlagers auszubilden, an welchem der Dämpfungskörper stoffschlüssig verbunden bzw. anvulkanisiert ist, sodass eine bei herkömmlichen Buchsenlagern mit verminderter torsionaler und kardanischer Steifigkeit vorgesehene Gestaltung, beispielsweise in Form eines an die Lagerschale angespritzten Kunststoffgehäuses oder eines zwischen Lagerschale und Dämpfungskörper angeordneten Fixierrings, entfallen kann, wodurch sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Buchsenlagers gegenüber den herkömmlichen Buchsenlagern vereinfacht. Insofern kann erfindungsgemäß eine derartige Zwischenschicht zwischen Lagerschalenelement und Dämpfungskörper entfallen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung stellt das Lagerschalenmaterial insofern zum einen die Gleitfläche für den sphärischen Abschnitt der Innenhülse zur Gestaltung eines Kugelhülsengelenks und zum anderen eine Fläche bereit, mit welcher der Dämpfungskörper stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere, an welcher der Dämpfungskörper anvulkanisiert sein kann.
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Es sei bemerkt, dass die Angabe „sphärischen Abschnitt“ nicht nur auf Abschnitte mit einem rein kugelförmigen Oberflächenbereich beschränkt ist, sondern ganz allgemein Abschnitte mit gekrümmter Oberfläche, insbesondere konvex gekrümmter Oberfläche meinen kann. In gleicher Weise kann die, die korrespondierende Gleitfläche bereitzustellende Innenfläche des Lagerschalenelements eine zugeordnet bzw. komplementär gekrümmte Oberfläche sein, insbesondere eine konkav gekrümmte Oberfläche, die an die beispielhaft angegebene konvex gekrümmte Oberfläche des sphärischen Abschnitts der Innenhülse angepasst sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass der sphärische Abschnitt an der radialen Außenfläche der Innenhülse konkav gekrümmt ist, und in entsprechender Weise die korrespondierende Gleitfläche des Lagerschalenelements konvex gekrümmt ist. In beiden Ausführungen kann die angegebene Kugelhülsenggelenk-Funktionalität des erfindungsgemäßen Buchsenlagers bereitgestellt werden.
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Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung sind in der nachfolgenden allgemeinen Beschreibung, den Figuren, der Figurenbeschreibung sowie den Unteransprüchen angegeben.
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Das Lagerschalenelement, das insbesondere zylinderartig ausgebildet sein kann, umfassend einem an den sphärischen Abschnitt der Innenhülse angepassten Innenmantelabschnitt, kann je nach Ausführungsform umfänglich geschlossen, jedoch auch über seine gesamte Längserstreckung geschlitzt ausgebildet sein. In der letztbeschriebenen Ausführungsform ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes elastomeres Buchsenlager, das in Einbaulage eine radiale Vorspannung des Dämpfungskörpers bzw. Elastomerkörpers aufweisen kann, dadurch gestaltbar, dass der an das Lagerschalenelement anvulkanisierte Dämpfungskörper komplementär geschlitzt bzw. mit einem längs verlaufenden Spalt in Form eines Keils ausgebildet ist, wobei die Außenhülse, an welcher der Dämpfungskörper wiederum anvulkanisiert ist, umfänglich geschlossen ausgebildet sein kann. Nach der Zusammenführung der Innenhülse mit dem beschriebenen Halbfabrikat, das aus dem geschlitzten Lagerschalenelement und der umfänglich geschlossenen Außenhülse sowie dem zwischen beiden Bauteilen angeordneten und an diesen anvulkanisierten Dämpfungskörper besteht, kann die beschriebene radiale Vorspannung im erfindungsgemäßen Buchsenlager bzw. im Dämpfungskörper durch eine Kalibrierung des zusammengesetzten Lagers erzeugt werden. Bei dieser Kalibrierung erfolgt eine plastische Verformung der umfänglich geschlossenen Außenhülse zur Einstellung eines geringeren Durchmessers der Außenhülse, derart, dass der Längsschlitz des Lagerschalenelementes sowie der hierzu ausgerichtete Spalt im Dämpfungskörper geschlossen wird. Mit der Schließung des Längsschlitzes des Lagerschalenelementes kann eine umfänglich nicht unterbrochene Gleitfläche für den zugeordneten sphärischen Abschnitt der Innenhülse bereitgestellt werden.
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Um zum einen die beschriebene Kugelhülsengelenkfunktionalität des erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlagers über eine große kardanische Auslenkung des Lagers und zum anderen eine Gestaltungsmöglichkeit zur Befestigung eines Dichtelements am Lagerschalenelement bereitzustellen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich das Lagerschalenelement in Einbaulage jeweils endstämmig axial, d.h. in Längsrichtung, über den sphärischen Abschnitt der Innenhülse hinaus erstreckt. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei einer koaxialen Ausrichtung von Lagerschalenelement und Innenhülse zueinander die Innenhülse und das Lagerschalenelement über einen vorgegebenen Teil-Axialabschnitt des sphärischen Abschnitts der Innenhülse auf Kontakt aneinanderliegen, während sie außerhalb des vorgegebenen Teil-Axialabschnitts mit vergrößerndem Abstand zum Teil-Axialabschnitt in axialer Richtung einen sich vergrößernden radialen Abstand zueinander aufweisen, der insbesondere kontinuierlich zunehmen kann. Die beschriebene Gestaltung ermöglicht ausgehend von der beschriebenen koaxialen Ruhelage eine relative Verkippung der Innenhülse zum Lagerschalenelement, die auf dem Gebiet als kardanische Auslenkung bezeichnet wird.
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Da bei dem erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlager im Vergleich zu den gattungsbildenden Buchsenlagern zwischen Lagerschalenelement und Dämpfungskörper eine weitere Zwischenschicht entfällt, kann insbesondere bei solchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Buchsenlagern, die zur Anwendung bei hohen Betriebskräften ausgebildet sind, zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Lagerschalenelement einen hülsenartigen Einleger aufweist, der im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig in das Lagerschalenelement eingebettet sein kann. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Material des Einlegers härter als das Lagerschalenmaterial, beispielsweise aus einem Hartkunststoff oder Metall, ausgebildet ist zur Verstärkung des Lagerschalenelements. Es kann vorgesehen sein, dass der Einleger axial im Wesentlichen auf die axiale Erstreckung der Gleitfläche beschränkt ist, um sicherzustellen, dass im Betrieb die Krümmung der vom Lagerschalenelement ausgebildeten Gleitfläche für den sphärischen Abschnitt der Innenhülse im Wesentlichen unverändert bleibt, um unabhängig von auftretenden Betriebskräften die angegebene Kugelhülsengelenkfunktionalität des erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlagers aufrecht zu erhalten.
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Erfindungsgemäß ist das Lagerschalenelement in einem Herstellungsschritt an den sphärischen Abschnitt der radialen Außenfläche der Innenhülse angespritzt. Dabei kann der Werkstoff der Innenhülse und das Spritzgießmaterial zur Gestaltung des Lagerschalenelementes so ausgewählt und darüber hinaus die Spritzgießparameter eingestellt sein, dass bei dem beschriebenen Spritzgießvorgang kein Stoffschluss zwischen Innenhülse und Lagerschalenelement nach dem Spritzgießvorgang vorliegt. Unter Umständen kann auch vorgesehen sein, die Innenhülse vor dem Spritzgießvorgang bzw. dem Einsetzen in eine zugeordnete Spritzgießform im Bereich des sphärischen Abschnittes vorzubehandeln, beispielsweise zu belegen oder zu beschichten, um einen Stoffschluss zwischen dem Lagerschalenmaterial und der Innenhülse beim Spritzgießvorgang zu verhindern.
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Bei der Auswahl des Materials zur Herstellung des Lagerschalenelementes des erfindungsgemäß ausgebildeten elastomeren Buchsenlagers, ist ein Kompromiss zu finden zwischen einem möglichst geringen Gleitreibungswert und einer notwendigen Stabilität des Materials zur Aufnahme bzw. Ableitung der auftretenden Betriebskräfte. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung eines Polyamid-Werkstoffs oder eines Polyimid-Werkstoffs zur Herstellung des Lagerschalenelementes, insbesondere mittels eines Spritzgießvorgangs, herausgestellt, unter Umständen unter Beimischung eines verstärkenden Werkstoffes, beispielsweise eines Glasfaseranteils. Je nach Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, einen PTFE-Werkstoff oder einen Polyoxymethylen-Werkstoff zur Herstellung des Lagerschalenelements zu verwenden. Es ist auch möglich, zur Herstellung des Lagerschalenelements einen Verbundwerkstoff umfassend mehrere derartige Werkstoffe zu verwenden. Ferner kann vorgesehen sein, das aus einem Material mit geringem Gleitreibungswert hergestellte Lagerschalenelement zur weiteren Verminderung der Reibung zwischen Lagerschalenelement und Innenhülse zumindest an seiner radialen Innenfläche, an welcher die Innenhülse anliegt, mit einem Material zu beschichten, das einen noch geringeren Gleitreibungswert zum Material der Innenhülse aufweist. Ein solches Material kann beispielsweise ein PTFE-Material sein.
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Als Werkstoff zur Gestaltung der Innenhülse kann insbesondere ein Aluminium- Werkstoff oder Stahl-Werkstoff Anwendung finden. Dies gilt auch für die Außenhülse. Als Material für den Dämpfungskörper sind insbesondere Elastomere einsetzbar, beispielsweise Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.
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Der Dämpfungskörper des erfindungsgemäß ausgebildeten elastomeren Buchsenlagers kann zur Erhöhung der radialen Steifigkeit des Buchsenlagers einen Einleger, insbesondere einen hülsenförmigen Einleger aufweisen, wobei der Einleger aus einem zum eigentlichen Material des Dämpfungskörpers harten Material, beispielsweise Hartkunststoff oder Metall, hergestellt sein kann. Es ist jedoch auch möglich, den Dämpfungskörper einspurig auszubilden, d.h. ohne einen solchen Einleger, was die Gestaltung vereinfacht und damit die Herstellungskosten vermindert. In dieser Ausführungsform kann der Dämpfungskörper vollständig aus Dämpfungsmaterial, z.B. aus Elastomer bestehen.
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Der direkt am Lagerschalenelement anliegende Elastomerkörper kann erfindungsgemäß an diesem anvulkanisiert und damit stoffschlüssig mit diesem verbunden sein. Hierzu kann vor einem Angieß- bzw. Anspritzvorgang des Elastomerkörpers an das Lagerschalenelement ein sogenannter Primer bei der Herstellung auf die radiale Außenfläche des Lagerschalenelementes aufgebracht werden. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass Lagerschalenelement und Dämpfungs- bzw. Elastomerkörper komplementär ausgebildete Formschlusseinrichtungen, insbesondere in der Art von sich in radialer Richtung erstreckenden Vorsprünge und den Vorsprüngen zugeordneten Ausnehmungen, aufweisen, sodass in dieser Ausführungsform Lagerschalenelement und Elastomerkörper sowohl stoffschlüssig als auch formschlüssig miteinander verbunden sind.
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In der Regel kann das erfindungsgemäße elastomere Buchsenlager Dichtmittel zur Abdichtung der einander zugeordneten Abschnitte von Lagerschalenelement und sphärischem Abschnitt der Innenhülse, welche eine Art Kugelhülsengelenkfunktionalität des erfindungsgemäßen Buchsenlagers bereitstellen, aufweisen.
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Um den diesbezüglichen Gestaltungsaufwand für das Dichtmittel beim erfindungsgemäßen Buchsenlager gering zu halten, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Lagerschalenelement und die Innenhülse an ihren Längsendabschnitten jeweils zugeordnete Befestigungseinrichtungen aufweisen zur jeweiligen Befestigung eines Dichtelementes, insbesondere einer Dichtmanschette. Diese Befestigungseinrichtungen können jeweils eine umlaufende Nut, d.h. eine radiale Nut am Lagerschalenelement bzw. an der Innenhülse, zur Aufnahme eines Befestigungsrings aufweisen, der einen Endabschnitt des jeweiligen Dichtelementes am Lagerschalenelement bzw. an der Innenhülse anpresst. Die beschriebene Abdichtung ermöglicht darüber hinaus die Bereitstellung eines geschlossenen, zwischen Außenmantelfläche der Innenhülse und Innenmantelfläche des Lagerschalenelements angeordneten Schmiermittelreservoirs zur Verminderung der Reibung im Bereich der aneinanderliegenden Flächen von Lagerschalenelement und Innenhülse und zur Vermeidung eines Staubeintrages für die Gestaltung des beschriebenen Kugelhülsengelenks in dem erfindungsgemäßen Buchsenlager.
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In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Befestigung des Dichtelements, insbesondere einer Dichtmanschette, an der Innenhülse wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mittels eines in einer umlaufenden Nut der Innenhülse angeordneten Befestigungsrings gestaltet ist, wobei der Befestigungsring einen axialen Endabschnitt des jeweiligen Dichtelementes an die Innenhülse anpresst. Dagegen kann die Befestigung des Dichtelements am Lagerschalenelement hierzu unterschiedlich gestaltet sein. Dabei kann die Dichtmanschette auch hier zur Ausbildung eines zwischen Außenmantelfläche der Innenhülse und Innenmantelfläche des Lagerschalenelements angeordneten Schmiermittelreservoirs ausgebildet sein, wobei der andere axiale Endabschnitte der Dichtmanschette zwischen Lagerschalenelement und Außenhülse verklemmt ist. Hierzu kann sich der andere axiale Endabschnitt der Dichtmanschette axial in einen Zwischenraum zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement hinein erstrecken. Eine solche Verklemmung des axialen Endabschnitts der Dichtmanschette zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement kann insbesondere gleichzeitig bei der Durchführung einer Kalibrierung des erfindungsgemäßen Buchsenlagers erzielt werden. Wie obenstehend erläutert, kann eine Vorspannung auf das Lager bzw. den Dämpfungskörper bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers, bei welcher die Außenhülse vollumfänglich geschlossen ist und keinen Schlitz aufweist, dadurch erzielt werden, dass eine radiale Kraft zum Vermindern des Durchmessers der Außenhülse aufgebracht wird. Durch die Komprimierung wird eine Vorspannung in das Lager eingebracht und gleichzeitig der in den Zwischenraum zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement eingebrachte axiale Endabschnitt des Dichtelements zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement eingeklemmt.
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Je nach Ausführung kann die Außenhülse des erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlagers als geschlossene, insbesondere geschlossene zylinderförmige, Außenhülse ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform kann eine vorteilhafte radiale Vorspannung auf das Lager bzw. den Dämpfungskörper durch eine entsprechende Kalibrierung des zusammengesetzten erfindungsgemäßen Buchsenlagers erzeugt werden, bei welcher die Außenhülse in eine Hülse mit niedrigerem Durchmesser umgeformt wird. Dies betrifft beispielsweise die obenstehend schon erläuterte Ausführungsform, bei welcher das Lagerschalenelement längsgeschlitzt und der daran anhaftend ausgebildete Dämpfungskörper mit einem zum Schlitzverlauf des Lagerschalenelementes ausgerichteten Schlitz bzw. Keilspalt ausgebildet ist, sodass bei einer Kalibrierung des Lagers durch die plastische Verformung der Außenhülse die Schlitze geschlossen und damit eine radiale Vorspannung auf den Dämpfungskörper aufgebracht ist. Eine solche Kalibrierung des erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlagers kann auch bei einer Ausführungsform ausgeführt werden, bei welcher das Lagerschalenelement umfänglich geschlossen durch einen Spritzgießvorgang an die Innenhülse angespritzt wird und danach in einem Gießvorgang, bei welchem die Innenhülse mit angespritztem Lagerschalenelement und die Außenhülse in eine Gieß- bzw. Spritzgießform eingesetzt und nachfolgend der Elastomerkörper zwischen Lagerschalenelement und Außenhülse angegossen wird unter Anvulkanisieren des Dämpfungskörpers an das Lagerschalenelement und an die Außenhülse. Auch bei dieser Ausführungsform kann durch eine Kalibrierung mittels plastischer Verformung der Außenhülse eine radiale Vorspannung im Dämpfungskörper erzeugt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, die Außenhülse über ihre gesamte Längserstreckung geschlitzt auszubilden, wobei auch in dieser Ausführungsform der Elastomerkörper einen komplementär verlaufenden Schlitz bzw. Keil aufweisen kann. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Buchsenlager beim Einpressen in ein zugeordnetes Lagerauge soweit komprimiert wird, dass der jeweilige Schlitz an der Außenhülse und am Dämpfungskörper geschlossen wird, sodass auch in dieser Ausführungsform der Dämpfungskörper unter radialer Vorspannung gesetzt sein kann. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere in solchen Ausgestaltungen der Erfindung, bei welchen das umfänglich geschlossene Lagerschalenelement an die Innenhülse angespritzt ist.
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Die obige Aufgabe löst die vorliegende Erfindung verfahrensseitig mit einem Verfahren zur Herstellung eines Buchsenlagers, umfassend eine Innenhülse, die an einer radialen Außenfläche einen sphärischen Abschnitt aufweist, der sich unter Bereitstellung eines gegenseitigen Gleitkontaktes an einer, eine Gleitfläche bereitstellende radiale Innenfläche eines Lagerschalenelementes abstützt, sowie eine Außenhülse und einen radial zwischen Lagerschalenelement und Außenhülse angeordneten Dämpfungskörper, wobei der Dämpfungskörper stoffschlüssig mit der Außenhülse verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Schritte auf:
- - Bereitstellen einer Innenhülse des Buchsenlagers, die an einer radialen Außenfläche einen sphärischen Abschnitt aufweist,
- - Anspritzen eines Lagerschalenelementes an die Innenhülse zur Herstellung eines Halbfabrikats;
- - Bereitstellen einer Außenhülse;
- - Einsetzen des Halbfabrikats und der Außenhülse in eine Spritzgießform;
- - Anspritzen bzw. Angießen des Dämpfungskörpers an die radial beabstandet zueinander in der Spritzgießform angeordneten Außenhülse und Lagerschalenelement.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen erläutert, wobei
- 1a ein erfindungsgemäß gestaltetes elastomeres Buchsenlagers in einer frontalen Stirnseitenansicht,
- 1b das in 1a gezeigte erfindungsgemäße Buchsenlager in einem Längsschnitt mit der in 1a angegebenen Schnittebene A-A,
- 2a ein Vorfabrikat einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers in einer frontalen Stirnseitenansicht,
- 2b das in 2a angegebene Halbfabrikat einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Buchsenlagers in einer Schnittdarstellung in der in 2a angegebenen Schnittebene B-B,
- 2c das in 2a angegebene Halbfabrikat einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers mit eingesetzter Innenhülse,
- 2d die in 2c dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers in einer Schnittdarstellung in der in 2c angegebenen Schnittebene C-C,
- 3a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Buchsenlagers in einer Stirnseitenansicht,
- 3b das in 3a gezeigte erfindungsgemäße Buchsenlager in einer Längsschnittdarstellung in der in 3a angegebenen Ebene D-D,
- 4a eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Buchsenlagers in einer Stirnseitenansicht,
- 4b das in 4a gezeigte erfindungsgemäße Buchsenlager in einer Längsschnittdarstellung in der in 4a angegebenen Ebene E-E,
- 5 eine Explosionsdarstellung zur Angabe der einzelnen Bauelemente der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Buchsenlagers, und
- 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers in einem Längsschnitt
zeigt.
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In den 1a, b ist ein erfindungsgemäß gestaltetes elastomeres Buchsenlager mit Kugelhülsengelenkfunktionalität zur Bereitstellung einer verminderten torsionalen und kardanischen Steifigkeit angegeben. Dieses Buchsenlager kann beispielsweise als Fahrwerklager ausgebildet und im Bereich einer Radaufhängung für eine lenkbare Hinterachse eingesetzt werden. Das Buchsenlager 1 kann rotationssymmetrisch zur Achse R ausgebildet sein und eine Innenhülse 2 umfassen, mit einer Durchführung 20.
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Die Innenhülse kann im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein und in der beschriebenen Ausführungsform etwa axial mittig einen sphärischen Abschnitt im axialen Bereich B1 aufweisen mit einer konvexen Außenmantelfläche 21. In der beschriebenen Ausführungsform kann die angegebene, an ihrer Außenmantelfläche im axialen Bereich B1 ballige Innenhülse aus einem Vollmaterial hergestellt sein. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, den balligen Abschnitt im Bereich B1 an eine rein zylinderförmige Innenhülse anzuformen, beispielsweise mittels Spritzgießen.
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Zur Abstützung der Innenhülse 2 weist das erfindungsgemäß gestaltete Buchsenlager 1 ein Lagerschalenelement 3 auf, das wiederum hülsenförmig ausgebildet sein kann und bei einer koaxialen Ausrichtung von Innenhülse 2 und Lagerschalenelement 3 eine an die konvexe Fläche 21 der Innenhülse angepasste Gleitfläche 30 bereitstellt innerhalb eines Mittenbereichs B2, derart dass die zur Anlage gebrachten Bauteile Innenhülse und Lagerschalenelement eine Kugelhülsengelenkfunktionalität bereitstellen, sodass das Lager 1 mit sehr geringer kardanischer Steifigkeit kardanisch ausgelenkt werden kann. Hierzu kann das Material des Lagerschalenelementes ein Material mit geringem Reibwert bezüglich des Materials der Innenhülse ausgewählt sein. Zur Gestaltung des erfindungsgemäßen Buchsenlagers eignen sich beispielsweise Polyamid-Werkstoffe oder Polyimid-Werkstoffe.
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Die Lagerschale 3 kann in der beschriebenen Ausführungsform eine vorgegebene Mindestdicke in radialer Richtung aufweisen zur Abstützung des Kugelhülsengelenks zur Außenhülse 7. Dabei kann radial zwischen der Außenhülse 7 und dem Lagerschalenelement 3 eine hier einspurige Elastomerlage zur Bereitstellung eines Elastomerkörpers 8 angeordnet sein. Insofern wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Buchsenlager eine auf die Innenhülse 2 wirkende Betriebskraft über das Lagerschalenelement 3 direkt auf den Elastomerkörper 8 und von diesem auf die Außenhülse 7 abgeleitet.
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Um auch bei hohen Betriebskräften die Funktionalität des beschriebenen Kugelhülsengelenks aufrechtzuerhalten, kann in der in 1a, b angegebenen Ausführungsform ein metallener Einleger in Form einer gelochten Hülse vorgesehen sein, der in das Material des Lagerschalenelementes 3 eingebettet ist, sodass dieser in der beschriebenen Ausführungsform vollständig von dem Material des Lagerschalenelementes umgeben sein kann. An der dem Elastomerkörper 8 zugewandten Seite in radialer Richtung kann das Lagerschalenelement insofern eine Anlagefläche bereitstellen, die durch den gleichen Werkstoff bzw. das Material gebildet ist, der bzw. das auf der der Innenhülse zugewandten Seite die Gleitfläche 30 bildet.
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Wie insbesondere aus 1b ersichtlich, kann die axiale Erstreckung des Lagerschalenelementes 3 größer sein als die axiale Erstreckung B2 der Gleitfläche 30, sodass sich das Lagerschalenelement 3 axial über den Kugelhülsengelenkabschnitt B1 der Innenhülse 2 hinaus erstreckt. Hierdurch kann zwischen dem Lagerschalenelement 3 und einem Abschnitt der Innenhülse, die außerhalb des Abschnittes B1 geradlinig, insbesondere zylinderförmig, verlaufen kann, ein Hohlraum 40 ausgebildet sein, der im Längsschnitt etwa keilförmig ausgebildet sein kann. Dieser Hohlraum kann zum einen die gewünschte kardanische relative Auslenkung der Innenhülse zum Lagerschalenelement ermöglichen und kann ferner zur Aufnahme eines Schmiermittels genutzt werden. Hierzu kann jeweils an Längenendabschnitten des Lagerschalenelementes 3 und der Innenhülse 2 eine Dichtmanschette 50 vorgesehen sein, die in diesen Endabschnitten am Lagerschalenelement 3 und am Elastomerkörper 5 befestigt sein kann.
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Zur Befestigung der Dichtmanschette kann sowohl außenseitig zum Lagerschalenelement 3 als auch außenseitig zur Innenhülse 2 eine jeweilige Nut 23, 33 vorgesehen sein zur Aufnahme eines jeweiligen Spannrings 60, mit welchem ein jeweils zugeordneter Endabschnitt der Dichtmanschette 50 an das jeweilige Bauteil angepresst sein kann.
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Zur Befestigung des erfindungsgemäßen Buchsenlagers kann vorgesehen sein, die Innenhülse mittels einer Bolzenverbindung an einem ersten KFZ-Bauteil zu verbinden, während das Buchsenlager selbst in ein Lagerauge eingesetzt wird, sodass die Außenfläche der Außenhülse 7 in Kraftschluss mit einem zweiten Kfz-Bauteil angeordnet sein kann.
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Das mit Bezug auf die 1a, b beschriebene erfindungsgemäß gestaltete elastomere Buchsenlager kann je nach Ausführungsform in Bezug auf bestimmte Merkmale und/oder das jeweilige Herstellungsverfahren unterschiedlich gestaltet sein, worauf beispielhaft im Folgenden eingegangen werden soll.
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Die 2a-d beziehen sich dabei auf eine erste Ausführungsform, bei welcher das Lagerschalenelement 3 als längsgeschlitztes Bauteil mit einem durchgehenden Längsschlitz getrennt von den anderen Bauteilen, beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens, hergestellt sein kann. In dieser Ausführungsform kann die Außenhülse 7 als umfänglich geschlossene, zylinderartige Hülse gestaltet sein. Der Elastomerkörper 8 kann durch ein Spritzuguss- bzw. Gießschritt in einer entsprechenden Form durchgeführt werden, bei welchem das geschlitzte Lagerschalenelement 3 und die Außenhülse 7 in der Form angeordnet und der Elastomerkörper radial zwischen diesen Bauteilen über einen Gieß- und Vulkanisierschritt an der Außenhülse und dem Lagerschalenelement haftend ausgebildet wird. Zur Sicherstellung eines Stoffschlusses zwischen der Außenhülse und des Lagerschalenelementes am Elastomerkörper, können diese mit einem Primer belegt werden.
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Wie aus 2a ersichtlich kann die Anordnung des Elastomers radial zwischen dem Lagerschalelement 3 und der Außenhülse 7 in der Art erfolgen, dass ausgerichtet zum Längsschlitz 35 des Lagerschalenelementes 3 der Elastomerkörper 8 ein sich nach innen auf die Spaltbreite des Längsschlitzes 35 verbreitender Keilspalt 82 aufweist, der in einem nachfolgenden und untenstehend diskutierten Kalibrierschritt zusammen mit dem Längsschlitz des Lagerschalenelementes geschlossen wird.
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2b zeigt das Halbfabrikat der 2a dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elastomeren Buchsenlagers in einem Längsschnitt ähnlich der Darstellung der 1b. Bezüglich der weiteren Gestaltung der Bauteile kann insofern vollständig auf die Erläuterungen der 1b Bezug genommen werden.
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2c zeigt eine Herstellungssituation der mit Bezug auf die 2a-d beschriebenen Ausführungsformen, bei welcher die Innenhülse, welche identisch mit der mit Bezug auf die 1a-b beschriebenen Innenhülse gestaltet sein kann, in das in den 2a, b dargestellte Halbfabrikat axial eingeschoben ist. 2d zeigt die Situation der 2c in einem Längsschnitt, aus welchem hervorgeht, dass mit dem Einschieben der Innenhülse das mit Bezug auf die 1a, b beschriebene Kugelhülsengelenk ausgebildet ist, bei welchem die Gleitfläche 30 des Lagerschalenelementes 3 axial zu der konvexen Fläche 21 der Innenhülse ausgerichtet ist. Eine nachfolgende Kalibrierung des Buchsenlagers gemäß der Darstellungen 2c, d durch plastische Umformung der Außenhülse, derart dass die Außenhülse einen geringeren Außendurchmesser besitzt, führt zum Schließen des Längsschlitzes 35 sowie des Keilspaltes 82 und zur Bereitstellung einer radialen Vorspannung des Elastomerkörpers.
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Die 3a, b und 4a, b weisen im Unterschied zu der mit Bezug auf die 2a-d beschriebenen Ausführungsform einen Unterscheid im Herstellungsverfahren dadurch auf, dass Lagerschalenelement 3 nicht getrennt hergestellt wird, sondern stattdessen im Rahmen eines Spritzgießvorgangs direkt auf den sphärischen Abschnitt der Innenhülse angespritzt wird. Auch bei diesen Ausführungsformen kann die Innenhülse ansonsten identisch zu der Innenhülse der bislang beschriebenen Ausführungsform ausgestaltet sein, insbesondere in Längsrichtung geschlitzt oder umfänglich geschlossen, d.h. ohne Schlitzung.
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Die Anspritzung des Lagerschalenelementes 3 an die Innenhülse 2 kann derart erfolgen, dass keine feste Stoffschlussverbindung zwischen Lagerschalenelement und Innenhülse vorliegt, sondern stattdessen durch Aufbringen einer vorgegebenen Drehmomentschwelle beide Teile nach der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Buchsenlagers zueinander kardanisch auslenkbar sind zur Gestaltung des beschriebenen Kugelhülsengelenks. Bei der beschriebenen Anspritzung des Lagerschalenelementes 3 an die Innenhülse 2 kann auch vorgesehen sein, einen Einleger 10, insbesondere in Form einer Metallhülse, die zur Bereitstellung eines Formschlusses zwischen dem Einleger und dem Grundwerkstoff des Lagerschalenelementes gelocht oder geschlitzt sein kann, in der Spritzgießform beabstandet zur Innenhülse anzuordnen und damit in den Werkstoff des hergestellten Lagerschalenelements einzubetten.
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Bei der in 3a, b angegebenen Ausführungsform weist das Buchsenlager eine umfänglich geschlossene Außenhülse 7 auf, sodass das Halbfabrikat, umfassend die Innenhülse 2 und das daran angespritzte Lagerschalenelement 3, in einer Gieß- bzw. Spritzgießform eingebracht wird beabstandet zu der umfänglich geschlossenen Außenhülse 7 und nachfolgend das Material zur Ausbildung des Elastomerkörpers 8 eingebracht wird. Das so hergestellte, erfindungsgemäße elastomere Buchsenlager zeigen die 3a, b, wobei 3b wiederum einen Längsschnitt in der in 3a festgelegten Ebene D-D darstellt. Eine nachfolgende Kalibrierung kann wiederum durch plastische Verformung der Außenhülse erfolgen. Hierzu kann der Elastomerkörper 8 insbesondere im Bereich seiner axialen Endabschnitte Freiflächen 83 aufweisen, an welchen das Elastomer aufgrund der Nichtkompressibilität des Materials axial nach außen verdrängt werden kann bei einer radialen Bewegung des Leiterschalenelementes 3 relativ zur Außenhülse 7.
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Die mit Bezug auf die 4a, b beschriebene Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten elastomeren Buchsenlagers unterscheidet sich bezüglich der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Außenhülse 7 nicht umfänglich geschlossen, sondern eine über dessen Längserstreckung verlaufenden Längsschlitz 70 aufweist. Demgegenüber wird auch bei dieser Ausführungsform an die Innenhülse 2 das Lagerschalenelement 3 wie beschrieben angespritzt und dann als Halbfabrikat zusammen mit der geschlitzten Außenhülse 7 in eine Spritzgieß- bzw. Gussform eingesetzt zur Gestaltung des Elastomerkörpers 8, wobei die Form so gestaltet ist, dass im Bereich des Elastomerkörpers 8 ein an den Längsschlitz 70 angepassten Keilspalt 84 gebildet ist, siehe 4a. In dieser Ausführungsform erfolgt die Erzeugung einer Vorspannung im Elastomerkörper durch Einpressen des in den 4a, b angegebenen Lagers in ein zugehöriges Lagerauge, wobei der Pressvorgang so eingestellt ist, dass der Längsschlitz 70 der Außenhülse und der Keilspalt 84 des Elastomerkörpers geschlossen sind.
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Die erläuterten Ausführungsformen eines erfindungsgemäß gestalteten Buchsenlagers führen letztlich alle zu der mit Bezug auf die 1a, b erörterten erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Buchsenlagers mit verminderter torsionaler und kardanischer Steifigkeit aufgrund des zwischen Innenhülse 2 und Lagerschalenelement 3 ausgebildeten Kugelhülsengelenks.
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Beispielhaft zeigt 5 in einer Explosionsdarstellung die Gestaltung der einzelnen Bauteile des erfindungsgemäßen Buchsenlagers für die mit Bezug auf die 4a, b beschriebene Ausführungsform des Buchsenlagers. Wie aus diesen Figuren ersichtlich, kann auch vorgesehen sein, zwischen dem Lagerschalenelement 3 und dem Elastomerkörper 8 neben einer stoffschlüssigen Verbindung zusätzlich eine formschlüssige Verbindung vorzusehen, hier durch das Bereitstellen sich radial erstreckender Vorsprünge 85 am Elastomerkörper 8, die sich durch zugeordnete radiale Durchführungen 36 des Lagerschalenelementes 3 erstrecken.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Buchsenlagers in einem Längsschnitt, die sich in Bezug auf die Befestigung der Dichtmanschetten 50' von den bisher diskutierten Ausführungen mit Dichtmanschetten 50 unterscheidet. Das in 6 angegebene erfindungsgemäße Buchsenlager kann eine umfänglich geschlossene Außenhülse 7 aufweisen, d.h. ist ohne durchgehenden Längsschlitz ausgebildet, entsprechend den Ausführungsformen der 2a) - d) und 3a, b.
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In der Ausführungsform der 6 kann vorgesehen sein, dass die Befestigung des Dichtelements, insbesondere einer Dichtmanschette 50', an der Innenhülse 2 wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mittels eines in einer umlaufenden Nut 23 der Innenhülse 2 angeordneten Befestigungsrings 60 gestaltet ist, wobei der Befestigungsring 60 einen axialen Endabschnitt 51'a des jeweiligen Dichtelementes 50' an die Innenhülse 2 anpresst. Dagegen kann die Befestigung des Dichtelements 50' am Lagerschalenelement 3 hierzu unterschiedlich gestaltet sein. Die Dichtmanschette 50' kann wiederum zur Festlegung eines zwischen Außenmantelfläche der Innenhülse 2 und Innenmantelfläche des Lagerschalenelements 3 gebildeten Schmiermittelreservoirs 40 angeordnet sein, wobei der andere axiale Endabschnitt 51'b der Dichtmanschette 50' zwischen Lagerschalenelement 3 und Außenhülse 7 verklemmt ist. Hierzu kann sich der andere axiale Endabschnitt 51'b der Dichtmanschette 50' axial in einen Zwischenraum 5 zwischen Außenhülse 7 und Lagerschalenelement 3 hinein erstrecken. Die Verklemmung des axialen Endabschnitts 51'b der Dichtmanschette 50' zwischen Außenhülse 7 und Lagerschalenelement 3 kann gleichzeitig mit der Durchführung einer Kalibrierung des erfindungsgemäßen Buchsenlagers erreicht, bei welcher eine Vorspannung auf den Elastomerkörper bzw. das Buchsenlager eingebracht wird. Beim Kalibriervorgang kann eine radiale Kraft zum Vermindern des Durchmessers der Außenhülse aufgebracht werden, wodurch eine Vorspannung in das Lager eingebracht und gleichzeitig der in den Zwischenraum zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement eingebrachte axiale Endabschnitt des Dichtelements zwischen Außenhülse und Lagerschalenelement eingeklemmt wird. Dabei kann dieser axiale Endabschnitt des Dichtelements einen ringförmigen Einleger 52 aufweisen, der in diesem Bereich des Dichtelementes 50' in die Dichtmanschette eingebettet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchsenlager
- 2
- Innenhülse
- 3
- Lagerschalenelement
- 5
- Zwischenraum
- 7
- Außenhülse
- 8
- Elastomerkörper, Dämpfungskörper
- 10
- Einleger, Metallhülse
- 20
- Durchführung
- 21
- konvexe Fläche
- 23
- Nut
- 30
- Gleitfläche
- 33
- Nut
- 35
- Längsschlitz
- 36
- radiale Durchführung, Ausnehmungen
- 40
- Hohlraum, Schmiermittelreservoir
- 50
- Dichtmanschette, Dichtelement
- 50'
- Dichtmanschette, Dichtelement
- 51'a
- axialer Endabschnitt der Dichtmanschette
- 51'b
- axialer Endabschnitt der Dichtmanschette
- 52
- Einleger
- 60
- Spannring
- 70
- Längsschlitz
- 82
- Keilspalt
- 83
- Freifläche
- 84
- Keilspalt
- 85
- Vorsprung
- R
- Achse
