DE10229087A1

DE10229087A1 - Elastisches Lager zur Aufhängung eines dynamisch beanspruchten Funktionsteils, mit einem pendelnd aufgehängten starren Rahmen

Info

Publication number: DE10229087A1
Application number: DE2002129087
Authority: DE
Inventors: Horst Zimmermann; Willi Gebhardt; Ralf Krause; Stefan Schweinsberg
Original assignee: Wegu Gummi und Kunststoffwerke Walter Draebing KG
Current assignee: Wegu GmbH Schwingungsdaempfung
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: DE10229087B4

Abstract

Ein elastisches Lager (10) dient zur Aufhängung eines dynamisch beanspruchten Funktionsteils, insbesondere zur Aufhängung einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs an einem Fahrzeugboden, und weist einen starren Rahmen (5) auf, der über eine erste Federanordnung (1) aus Elastomerwerkstoff (9) um eine Pendelachse (16) pendelnd an einem Befestigungselement (11) aufgehängt ist und in dessen Inneren eine zweite Federanordnung (3) aus Elastomerwerkstoff (9) eine Lagerbuchse (2) für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil unterhalb der Pendelachse (16) senkrecht zu der Pendelachse (16) elastisch abstützt. Dabei umfasst die erste Federanordnung (1) zwei Federelemente (6), von denen das eine vor und das andere hinter der Pendelachse (16) angeordnet ist und die jeweils flächig sowohl an eine Lagerfläche (12) an dem Rahmen (5) und als auch eine gegenüberliegende Lagerfläche (13) an dem Befestigungselement (11) angebunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Lager zur Aufhängung eines dynamisch beanspruchten Funktionsteils, insbesondere zur Aufhängung einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs an einem Fahrzeugboden, mit einem starren Rahmen, der über eine erste Federanordnung aus Elastomerwerkstoff um eine Pendelachse pendelnd an einem Befestigungselement aufgehängt ist und in dessen Inneren eine zweite Federanordnung aus Elastomerwerkstoff eine Lagerbuchse für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil unterhalb der Pendelachse senkrecht zu der Pendelachse elastisch abstützt.

Neben durch Einlagen verstärkten Schlaufen aus Elastomennrerkstoff, wie sie beispielsweise aus der DE 19812 347 C1 hervorgehen, werden zur Aufhängung von Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen an deren Fahrzeugböden einerseits sogenannte Festlager und andererseits sogenannte Pendellager eingesetzt.

Bei einem Festlager ist ein Rahmen vorgesehen, der ortsfest an dem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs angebracht wird und in dessen Inneren eine Federanordnung aus Elastomerwerkstoff eine Lagerbuchse für die Abgasanlage elastisch abstützt. Der Rahmen kann dabei auch seinerseits elastisch verformbar sein, wie dies beispielsweise in der EP 0 564 837 B1 beschrieben ist, damit thermische Längenänderungen und auch Längentoleranzen der Abgasanlage in horizontaler Richtung, d.h. quer zu der vertikalen Richtung der dynamischen Beanspruchung der Abgasanlage, kompensiert werden können. Bei dieser Kompensation wird ein Festlager jedoch nicht unerheblich deformiert, so dass sich seine schwingungsisolierenden Eigenschaften in nachteiliger Weise mit der aktuellen Länge der Abgasanlage ändern. Um die bei Abgasanlagen tatsächlich auftretenden Längen varianzen abzudecken muss ein Festlager zudem relativ groß sein, wodurch sein Platzbedarf und auch sein Materialaufwand relativ hoch sind.

Ein Pendellager weist hingegen einen starren Rahmen auf, der gegenüber dem Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs pendelnd aufgehängt wird, um mit seiner Pendelbewegung die oben angesprochenen Längenänderungen und -unterschiede der Abgasanlagen zu kompensieren. Durch die Möglichkeit der Pendelbewegung des Rahmens rufen die Längenunterschiede der Abgasanlagen keine Deformationen einer Federanordnung zur Abstützung einer Lagerbuchse für die Abgasanlage hervor, die auch bei einem Pendellager innerhalb des Rahmens vorgesehen ist. Bei einem Pendellager, bei dem der starre Rahmen frei pendelnd an dem Fahrzeugboden gelagert ist, erweist es sich jedoch als nachteilig, dass die Abgasanlage überhaupt keine Führung in horizontaler Richtung um die Pendelachse erfährt, während sie in der horizontalen Richtung parallel zu der Pendelachse sehr hart geführt wird. Ein weiterer Nachteil ist die Mehrteiligkeit eines reinen Pendellagers.

So ist es bei einem elastischen Pendellager der eingangs beschriebenen Art, welches aus der DE 197 48 824 A1 bekannt ist, vorgesehen, dass die erste Federanordnung aus Elastomerwerkstoff eine Lagerbuchse ausbildet, die auf einen Lagerbolzen für den starren Rahmen aufzuschieben und auf diesem zu sichern ist. Der Lagerbolzen ist Bestandteil eines separaten Befestigungselements, das dann an dem Fahrzeugboden zu befestigen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Lager der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, das die Nachteile der bekannten Pendellager beseitigt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem elastischen Lager der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass die erste Federanordnung zwei Federelemente umfasst, von denen das eine vor und das andere hinter der Pendelachse angeordnet ist und die jeweils flächig sowohl an eine Lagerfläche an dem Rahmen als auch eine gegenüberliegende Lagerfläche an dem Befestigungselement angebunden sind.

Die Erfindungsgemäße Anbindung der Federelemente an die Lagerflächen können beispielsweise dadurch gegeben sein, dass der Elastomerwerkstoff der Federelemente an die Lagerflächen angespritzt und/oder anvulkanisiert ist. Es geht also darum, die Federelemente fest mit den Lagerflächen zu verbinden. Das erfindungsgemäße Lager ist damit einteilig und es ist auch in einem einzigen Herstellungsschritt, in dem der Elastomerwerkstoff mit vorgefertigten Teilen für den Rahmen und das Befestigungselement verbunden wird, herstellbar. Außerdem wird durch die feste Anbindung der Federelemente an die Lagerfläche dafür gesorgt, dass die Federelemente eine reactio zu jeder Pendelauslenkung des starren Rahmens hervorrufen, so dass eine definierte Führung der Abgasanlage auch in horizontaler Richtung um die Pendelachse gegeben ist. Gleichzeitig ist eine definierte Elastizität des neuen Lagers auch in horizontaler Richtung parallel zu der Pendelachse einstellbar. Die Weichheit oder Härte der horizontalen Führung kann durch die Auslegung der Federelemente der ersten Federanordnung in beiden Richtungen um die und parallel zu der Pendelachse in weiten Grenzen eingestellt werden, und zwar weitgehend unabhängig von der Weichheit bzw. Härte der zweiten Federanordnung zur elastischen Abstützung des dynamisch beanspruchten Funktionsteils in dem Rahmen. Diese Trennbarkeit der Funktionen der beiden Federanordnungen beruht darauf, dass horizontale Verschiebungskräfte des dynamisch beanspruchten Funktionsteils auf die Federelemente der ersten Federanordnung in der Nähe der Pendelachse über mit einen Hebelarm einwirken, der ansonsten nicht gegeben ist. Trotz der Trennbarkeit der Funktionen der beiden Federanordnungen kann bei dem neuen elastischen Lager aber auch eine solche Auslegung vorgenommen werden, dass sich auch die erste Federanordnung bei der elastischen Abstützung des dynamisch beanspruchten Funktionsteils beteiligt.

Vorzugsweise ist jede der Lagerflächen für die Federelemente der ersten Federanordnung vertikal oder nur in einem spitzen Winkel zur Vertikalen ausgerichtet. Dies impliziert auch, dass die Lagerflächen vorzugsweise ebene Flächen sind. Zwischen den Lagerflächen kommt es im Wesentlichen zu einer Biegebeanspruchung der Federelemente der ersten Federanordnung bei einer Pendelbewegung des starren Rahmens um die Pendelachse. Diese Biegebeanspruchung strapaziert den eingesetzten Elastomerwerkstoff nur wenig, was hohe Lebensdauern des neuen Lagers verspricht.

Wenn jede Lagerfläche an dem Rahmen der zugehörigen Lagerfläche an dem Befestigungselement parallel zueinander ausgerichtet sind, ergibt sich eine weitestgehend homogene Beanspruchung des Elastomerwerkstoffs der beiden Federelemente bei der Pendelbewegung des starren Rahmens in beiden Richtungen aus seiner Grundausrichtung, in der die Lagerflächen tatsächlich parallel zueinander ausgerichtet sind. Bei jeder Pendelauslenkung geht diese Ausrichtung natürlich verloren.

Für eine homogene Beanspruchung der Federelemente und ihres Elastomerwerkstoffs ist es auch bevorzugt, wenn die Federelemente spiegelsymmetrisch zu einer Vertikalmittelebene des Lagers durch die Pendelachse angeordnet sind.

Die Federelemente der ersten Federanordnung können innerhalb des starren Lagers angeordnet sein, wobei dann mindestens ein Steg des Befestigungselements, an dem die Lagerflächen an dem Befestigungselement vorgesehen sind, in den starren Rahmen hineinragt. Bevorzugt ist es aber, wenn die Lagerflächen an den Rahmenaußenflächen des Rahmens vorgesehen sind, so dass auch die Federelemente der ersten Federanordnung außerhalb des starren Rahmens angeordnet sind.

Dabei kann das Befestigungselement den Rahmen umschließen. Wenn dann der Rahmen an seinem der zweiten Federanordnung über das Befestigungselement gegenüberliegenden Ende einen Kragen aufweist, der sich bei Ausfall der ersten Federanordnung an dem Befestigungselement abstützt, ist eine Verliersicherung für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil gegeben, da sich dessen Lagerbuchse innerhalb des Rahmens befindet, so dass es bei einem Ausfall der zweiten Federanordnung durch den Rahmen aufgefangen wird.

Wenn sich die Breite des Rahmens von der zweiten Federanordnung zu dem Befestigungselement hin verjüngt, ist dies nicht nur von Vorteil bei der Ausnutzung des Bauraums, sondern stellt auch sicher, dass der Hebelarm, mit dem die Federelemente der ersten Federanordnung bei einer Pendelbewegung des starren Rahmens beansprucht werden, tatsächlich ausreichend groß ist, um die gewollte Pendelbewegung gegen die Rückstellkräfte der Federelemente auszuführen, auch wenn diese an Außenflächen des Rahmens angeordnet sind.

Die zweite Federanordnung weist vorzugsweise Federarme auf, die in einer Pendelrichtung der Lagerbuchse um die Pendelachse orientiert sind. Dies bedeutet, dass die Federarme der zweiten Federanordnung bei einer Beanspruchung des neuen Lagers in horizontaler Richtung sehr steif sind. Es kommt dann also primär zu dem Pendeln des starren Rahmens unter Verformung der Federelemente der ersten Federanordnung. Hingegen werden primär die Federarme der zweiten Federanordnung im Sinne deren Deformation beansprucht, wenn es zu Schwingungen des abgestützten Funktionsteils in vertikaler Richtung kommt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben, das in
1 in einem Schnitt durch seine Arbeitsebene wiedergegeben ist.
Das in 1 dargestellte elastische Lager 10 weist einen starren Rahmen 5 auf, der über eine erste Federanordnung 1 aus Elastomennrerkstoff 9 pendelnd an einem Befestigungselement 11 gelagert ist. Das Befestigungselement 11 ist zur ortsfesten Anbringung an einem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs (hier nicht dargestellt) vorgesehen, um mit dem elastischen Lager 10 eine Abgasanlage (hier ebenfalls nicht dargestellt) an dem Fahrzeugboden aufzuhängen. Zu diesem Zweck sind in dem Befestigungselement 11 Durchbrüche 8 für Befestigungsschrauben oder dgl. (hier auch nicht dargestellt) vorgesehen. Der starre Rahmen 5 ragt mit seinem oberen Bereich durch eine Ausnehmung 7 in dem Befestigungselement 11 hindurch. Dabei liegen sich im Bereich der Ausnehmung 7 Lagerflächen 12 und 13 für Federelemente 6 auf beiden Seiten einer Vertikalmittelebene 14 des Lagers 10 gegenüber. Der Elastomerwerkstoff 9 der Federelemente 6 der ersten Federanordnung 1 ist fest an die Lagerflächen 12 und 13 angebunden, d.h. hier anvulkanisiert. Die Lagerflächen 13 des Befestigungselements 11 sind an abgebogenen Schenkeln 15 des ansonsten plattenförmigen Befestigungselements 11 vorgesehen. Die Lagerflächen 12 sind Außenflächen des starren Rahmens 5, dessen Breite der Zeichenebene gemäß 1 sich von unten nach oben verjüngt, wobei die Lagerflächen 12 und 13 parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine Verformbarkeit der Federelemente 6 der ersten Federanordnung 1 erlaubt eine pendelnde Bewegung des starren Rahmens 5 gegenüber dem Befestigungselement 11 um eine Pendelachse 16 zwischen den Federelementen 6. Im Einsatz des elastischen Lagers 10 wird eine solche Pendelbewegung beispielsweise dadurch ausgelöst, dass sich ein hier nicht dargestellter Lagerbolzen, welcher in eine Lagerbuchse 2 des elastischen Lagers 10 einzusetzen ist, in horizontaler Richtung verschiebt. Eine solche Verschiebung kann beispielsweise die Folge einer thermischen Längenänderung der Abgasanlage sein. Die Verschiebung des Lagerbolzens wirkt mit einer Hebeluntersetzung auf die Federelemente 6 ein, die durch den Abstand x zwischen einer Achse 17 der Lagerbuchse 2 und der Pendelachse 16 einerseits und einem Abstand zwischen den Federelementen 6 und der Pendelachse 16 andererseits bestimmt wird. D.h., auch wenn die Federelemente 6 gegenüber vertikaler Beanspruchung des Rahmens 5 relativ zu dem Befestigungselement 11 hart sind, werden sie aufgrund der Hebeluntersetzung bei einer horizontalen Verschiebung der Lagerbuchse 2 deformiert, so dass es zu einer definierten Pendelbewegung des Rahmens 5 um die Pendelachse 16 kommt. Bei dieser Pendelbewegung werden Federarme 18 einer zweiten Federanordnung 3 aus Elastomerwerkstoff 9, die die Lagerbuchse 2 im Inneren des starren Rahmens 5 elastisch abstützen, hingegen nicht nennenswert deformiert, weil diese Federarme 18 im Wesentlichen in Richtung der Pendelbewegung verlaufen. Umgekehrt verhält es sich, wenn der in der Lagerbuchse 2 anzuordnende Lagerbolzen vertikale Schwingungen vollführt. Diese werden durch Deformationen der Federarme 18 isoliert und gedämpft. Mit diesen Deformationen der Federarme 18 sind üblicherweise keine nennenswerten Deformationen der Federelemente 6 verbunden. D.h., die Funktionen der beiden Federanordnungen 1 und 3 sind im wesentlichen getrennt. Zumindest können sie, wie es hier der Fall ist, getrennt werden. In Einzelfällen mag es aber sinnvoll sein, die Federelemente 6 so auszubilden, dass sie auch bei der Isolation und Dämpfung vertikaler Schwingungen in Richtung der Vertikalmittelebene 14, senkrecht zu der Pendelachse 16 beteiligt sind. Ein Kragen 4 am oberen Ende des Rahmens 5, auf der der Lagerbuchse 2 gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung 7 bildet eine Verliersicherung für den Rahmen 5 gegenüber dem Befestigungselement 11 aus. D.h., selbst wenn die Federanordnung 1 ausfällt, fällt der Rahmen 5 nicht von dem Befestigungselement 11 ab. Bei einem Ausfall der Federanordnung 3 wird ein Lagerbolzen in der Lagerbuchse 2 durch den die Lagerbuchse 2 umschließenden Rahmen 5 aufgefangen. Bei dem Befestigungselement 11 und dem Rahmen 5 kann es sich um Metallteile handeln. Der Rahmen 5 kann ein Stranggußprofilabschnitt beispielsweise aus Aluminium sein. Bei dem Befestigungselement 11 kann es sich um eine kalt verformte Platte beispielsweise aus einem Eisenmetall handeln. An diese beiden Bauteile kann der Elastomerwerkstoff 9 in einem einzigen Schritt an einem Formwerkzeug angespritzt und anvulkanisiert sein, wobei ein Korrosionsschutzüberzug sowohl auf den Oberflächen des Befestigungselements 11 als auch den Oberflächen des Rahmens 5 ausgebildet werden kann. Im Einsatz des neuen elastischen Lagers 10 macht sich auch positiv bemerkbar, dass selbst beim Anschlagen der Lagerbuchse 2 an dem starren Rahmen 5 noch eine Entkopplung gegenüber dem Befestigungselement 11 gegeben ist, weil zwischen dem Rahmen 5 und dem Befestigungselement 11 die Federelemente 6 vorgesehen sind. Das neue Lager 10 erweist sich überdies auch als günstig bei der Entkopplung von Querschwingungen des dynamisch beanspruchten Funktionsteils parallel zu der Pendelachse 6, obwohl das Funktionsteil in dieser Richtung definiert geführt wird.

01: Federanordnung
02: Lagerbuchse
03: Federanordnung
04: Kragen
05: Rahmen
06: Federelement
07: Ausnehmung
08: Durchbruch
09: Elastomerwerkstoff
10: Lager
11: Befestigungselement
12: Lagerfläche
13: Lagertläche
14: Vertikalmittelebene
15: Schenkel
16: Pendelachse
17: Achse
18: Federarm
19: Korrosionsschutzüberzug

Claims

Elastisches Lager zur Aufhängung eines dynamisch beanspruchten Funktionsteils, insbesondere zur Aufhängung einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs an einem Fahrzeugboden, mit einem starren Rahmen, der über eine erste Federanordnung aus Elastomerwerkstoff um eine Pendelachse pendelnd an einem Befestigungselement aufgehängt ist und in dessen Inneren eine zweite Federanordnung aus Elastomerwerkstoff eine Lagerbuchse für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil unterhalb der Pendelachse senkrecht zu der Pendelachse elastisch abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Federanordnung (1) zwei Federelemente (6) umfasst, von denen das eine vor und das andere hinter der Pendelachse (16) angeordnet ist und die jeweils flächig sowohl an eine Lagerfläche (12) an dem Rahmen (5) und als auch eine gegenüberliegende Lagerfläche (13) an dem Befestigungselement (11) angebunden sind.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerwerkstoff (9) der Federelemente (6) an die Lagerflächen (12, 13) angespritzt und/oder anvulkanisiert ist.
Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lagerfläche (12, 13) vertikal oder in einem spitzen Winkel zur Vertikalmittelebene (14) des Lagers (10) ausgerichtet ist.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lagerfläche (12) an dem Rahmen (5) und die zugehörige Lagerfläche (13) an dem Befestigungselement (11) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (6) spiegelsymmetrisch zu einer Vertikalmittelebene des Lagers (10) durch die Pendelachse (16) angeordnet sind.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächen (12) an dem Rahmen (5) Außenflächen des Rahmens (5) sind.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (11) den Rahmen (5) umschließt.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (5) an seinem der zweiten Federanordnung (3) über das Befestigungselement (11) gegenüberliegenden Ende einen Kragen (4) aufweist, der sich bei Ausfall der ersten Federanordnung (1) an dem Befestigungselement (11) abstützt.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des Rahmens (5) von der zweiten Federanordnung (3) zu dem Befestigungselement (11) hin verjüngt.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Federanordnung (3) Federarme (18) aufweist, die in einer Pendelrichtung der Lagerbuchse (2) um die Pendelachse (16) orientiert sind.