DE7606261U - Gelenklager - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft ein Gelenklager, insbesondere zur Lagerung von■Stabilisatoren schwerer Straßenfahrzeuge.

Stabilisatorlager dienen als Gelenk und zur Lagerung des an beiden Seiten abgebogenen Stabilisator-Drehstabes am Fahrzeugrahmen. Sie nehmen die Verdrehungen des Stabilisatorstabes auf' und müssen·, besonders bei geländegängigen Fahrzeugen und Baufahrzeugen, extrem hohe Radialkräfte ohne Zerstörung ertragen.

Es sind Stabilisatorlagerungen mittels Gleitbuchsen bekannt, bei denen del: Stabilisatorstab in einer geschmierten Kunststoff buchse (z.B. Polyurethan) drehbar gelagert ist. Diese sind nur brauchbar, solange die Dichtung am Rand der Aufnahmebohrung einwandfrei arbeitet. Sobald diese undicht wird, dringt Wasser und Staub in die Gleitfläche ein und leitet eine schnelle

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Zerstörung durch Abrieb ein. Ferner wird die Aufnahmebohrung unter den auftretenden Radialkräften infolge der bei Polyurethan und anderen gleitfähigen Kunststoffen unvermeidbaren plastischen Verformung aufgeweitet, und das entstehende Spiel ruft höhere dynamische Stabilisierungskräfte hervor. Um dies zu berücksichtigen, muß der Drehstab bei derartigen Lagerungen stärker dimensioniert oder es müssen größere Neigungen des Fahrzeuges in Kauf genommen werden.

Ferner sind Ausführungen von Stabilisatorlagerungen bekannt, bei denen ungehaftete Gummibuchsen, die zur Montage einen längsdurchgehenden Schlitz aufweisen, zwischen Stäbilisatorstab und den äußeren Lagerschalen eingeklemmt werden. Diese Gummibuchsen genügen für leichte Personenkraftwagen, halten aber großen Radialkräften, wie sie bei Lastkraftwagen u.a. auftreten, nicht stand. Der Gummi wird unter radialen Kräften durch den Querdehnungseffekt axial nach außen gedrängt, und die Buchsen bekommen Spiel. Der nun eindringende Schmutz verletzt die Oberfläche des Stabilisatorstabes und führt zu einem Dauerbruch. Auch die Gummibuchse wird nach dem Fortfall des Reibungsschlußes durch Abrieb schnell zerstört.

.Die vorbeschriebenen Elastomer-Stabilisatorlagerungen sind hinsichtlich Dauerhaltbarkeit, Wartungsfreiheit und Fahrkomfort nicht befriedigend.

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Bei einer weiteren bekannten Stabilisatorlagerung werden an jedem Lagerpunkt zwei Gummi-Metall-Halbschalen verwendet, die mit dünnen inneren und äußeren Blechhalbschalen versehen sind und beim Einbau radial zusammengespannt werden. Diese müssen aber mit weiteren einvulkanisierten metallischen Zwischenhalbschalen und dünnen Gummischichten auf den Oberflächen versehen sein, um eine größere radiale Steifigkeit und einen höheren Reibwert zu erhalten. Zwischenhalbschalen und äußere Gummischichten ermöglichen es erst, einen genügend hohen Anpreßdruck und damit einen einwandfreien Kraftschluß zu erzielen. - Die Gummi-Metall-Halbschalen müssen sehr präzise und mit engen Maßtoleranzen hergestellt werden und auch die Aufnahmelager erfordern hohe Präzision und spanabhebende Bearbeitung, um einen gleichmäßig verteilten Anpreßdruck bestimmter Größe zu erreichen. (Bei zu kleiner oder ungleichmäßiger Anpressung rutscht die Buchse, bei zu großer Anpressung wird sie zerstört.) Die hohe Präzision der Halbschalen und Aufnahmeaugen und die einvulkanisierten Zwischenhalbschalen verteuern diese Stabilisatorlagerung.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, ein Stabilisatorlager zu schaffen, das bei hoher Dauerfestigkeit und völliger Wartungsfreiheit billig herstellbar und einfach und narrensicher zu montieren ist. Sie sieht dazu ein Gelenklager vor, bestehend aus zwei äußeren, ein Aufnahmeauge bildenden Lagerschalen und zwei im Aufnahmeauge eingeklemmten _f voneinander getrennten Gummi-Metall-Ha.lbscha.len, deren jede als Gummi-

Halbschale mit je einer Innen und außen auf diese festhaftend aufvulkanisierten metallischen Halbschale ausgebildet ist, wobei deren Innenseiten auf dem Stabilisatorstab aufliegen, und das Neue besteht in der Kombination folgender Merkmale: Xm eingebauten Zustand des Gelenklagers stützen sich die Endflächen der äußeren Metallhalbschalen der Gummi-Metall-Elemente aufeinander ab;

die Wandstärke der äußeren Metallhalbschalen der Gummi-Metall-Elemente ist besonders stark bemessen und ihre einander zugekehrten Endflächen nehmen allein den gesamten Druck der zusammengespannten Lagerschalenhälften des Aufnahmeauges auf; im eingebauten Zustand kommen die das Aufnahmeauge bildenden Lagerschalenhälften und/oder deren Flansche wenigstens auf einer Seite nicht zur Berührung und die Lagerschalenhälften und/oder ihre Flansche sind elastisch oder plastisch verformt ;

die inneren Metallhalbschalen sind nach der Montage durch einen Spalt an der Trennstelle voneinander getrennt.

Bei dieser neuerungsgemäßen Ausbildung bewirkt die in Ausgang- und Endstellung konzentrische Lage der Blechschalen zueinander,

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die durch gleichmäßiges Verblegen der äußeren Metallhalbschalen bis zu ihrem¹ völligen Zusammenschluß beibehalten wird, daß die hervorgerufene radiale Druckspannung über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilt ist, obwohl das Zusammenspannen nur in einer Richtung erfolgt. Ferner ist dadurch bei Verdrehverformungen für einen gleichmäßig umlaufenden Drehschubfluß gesorgt, da auch die Gummikörper nach dem Zusammenschluß der äußeren Me- ■ ·. tallhalbschalen einen geschlossenen Ring bilden.

,Die anvulkanisierten äußeren Metallhalbschalen sind neuerungsgemäß besonders stark bemessen und verleihen dem Gummi-Metall-Drehschubelement eine hohe Formstabilität. Daher kann ein besonders einfaches und billiges Aufnahmeauge verwendet werden, das ohne spanabhebende Bearbeitung herstellbar ist und aus zwei als Biege- oder Preßteile mit weiten Toleranzen ausgebildeten Halbschalen besteht. Diese haben ihrer ungenauen Oberfläche wegen weder am ganzen Umfang noch an den Trennstellen der Lagerschalenhälften einen gleichmäßigen Formschluß mit den äußeren Metallschalenhälften. Dennoch wird ein einwandfreier Kraftschluß dadurch erreicht,daß die Lagerschalen des Aufnahmeauges sehr stark zusammengespannt werden. Die äußeren Metallschalenhälften halten dem Spanndruck ohne Formänderung und ohne auszuknicken stand, und die Stärke des Gummikörpers wird durch das Zusammenpressen der Aufnahmehalbschalen nicht verändert. Ferner haben Ungenauigkeiten der Innenfläche der Aufnahmebügel keinen Einfluß

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auf den Gummianpreßdruck an der Innenseite der Buchse. Diese hat Eitets die gleiche optimal festgelegte Größe.

Weiterhin kommen im eingebauten Zustand die das Aufnahmeauge bildenden Lagerschalenhälften und/oder deren Flansche wenigstens auf einer Seite nicht zur Berührung. Da die äußeren unbewehrten Bleche der Halbschalen sehr stsxkwandig sind, nehmen sie den vollen Druck der Klemmschrauben auf und können beliebig stark eingeklemmt werden. Auch bei sehr ungenauen und deformierbaren Aufnahmebügeln wird so eine absolut sichere Befestigung und eine Montage mit einfachsten Mitteln erreicht. Die Lagerschalenhälften und ihre Flansche sollen sich beim Anziehen der Klemmschrauben weitgehend elastisch oder sogar plastisch verformen, um eine möglichst gute Anlage an die Gummi-Metall-Buchse zu erzielen. Da die Flansche der Lagerschalen-hälften auch nach der Montage wenigstens auf einer Seite nicht zur Berührung kommen, ist stets die volle Spannkraft der Klemmschrauben v/irksam.

Weiterhin ist es vorgesehen, daß die inneren Blechhalbschalen, die auf dem Stabilisator aufliegen, auch nach der Montage durch einen Spalt voneinander getrennt bleiben und sich nicht an ihren Trennflächen berühren. Der volle Gummidruck der geschlossenen Gummi-Metall-Halbschalen wirkt daher als Anpreßdruck auf den Stabilisatorstab und bewirkt auch hier einen einwandfreien Kraftschluß.

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Durch die beschriebene Kombination der zusammen wirkenden und einander ergänzenden Merkmale v/ird ein Gelenklager geschaffen, das sich durch große Belastbarkeit, hohe Wechselfestigkeit sowie einfache Montage und Herstellung und völlige Spielfreiheit auszeichnet. Letztere läßt den Stabilisator auch bei kleinsten Rollbewegungen des Fahrzeugs um die Längsachse sofort wirksam werden. - Auch für die Lagerung von Blattfederenden ist das neuerungsgemäße Gelenklager besonders geeignet.

Im weiteren Ausbau der Neuerung ist es .vorgesehen, daß die inneren Metallhalbschalen des Gummi-Metall-Elementes an ihrer dem Stabilisatorstab zugewandten Oberfläche mit einer angehafteten dünnen Gummischicht verschen sind, dessen Stärke in Abhängigkeit von dem größten Betriebsverdrehv/inkel des Stabilisatorstabes, von dessen wirksamer Gesamtlänge, von der wirksamen Gummilänge der Gummischicht, von dem Durchmesser des Stabilisatorstabes sowie von dem Schubmodul und der Wechselfestigkeit' der verwendeten Gummimischung festgelegt ist durch die Beziehung

D 1 G/'max

s =

^{4 L}

darin ist D = Durchmesser des Stabilisatorstabes

L = wirksame Gesamtlänge des Stabilisatorstabes 1 = wirksame Gummilänge der Gummischicht

¹P max = größter Betriebsverdrehwinkel des

Stabilisatorstabes

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G = Schubmodul der verwendeten. Gummimischung

7T"_W = Wechselfestigkeit der verwendeten Gummimischung .

Die angehaftete dünne Guminischicht gewährleistet einen einwandfreien Form- und Kraftschluß mit dem Stabilisatorstab. Vcr allen aber dient sie dazu,.die im Bereich der Gelenklänge auftretende Torsionsverformung des Stabilisatorstabes, die etv/a in der Größenordnung von 0,4 bis 0,8 bei einer Verdrehung de? ganzen Stabes von 5 bis 10 liegen kann, elastisch aufzunehmen. Die Stärke der Gummischicht muß der angegebenen mathematischen Eeziehung zwischen den Abmessungen des Lagers und des Stabilisatorstabes sowie den elastischen und Festigkeitseigenschaften des verwendeten Gummis entsprechen. Ist die Stärke kleiner, so kann der Gummi durch die Torsionsverformungen des kraftschlüssig anliegenden Stabilisatorstabes zerstört v/erden, oder es tritt Abrieb und Gleiten ein; dabei sind auch seitliche Verschiebungen des Stabilisatorstabes möglich. Ist die Stärke der Gummischicht dagegen wesentlich größer als die Gleichung angibt, so hält der Gummi dem hohen radialen Druck nicht stand. Außerdem erspart die kraftschlüssige Verbindung zwischen Euchse und Stabilisator die Verwendung seitlicher Anlaufringe.

Weiter ist es nach der Neuerung vorgesehen, daß die Innenhalbschalen bei sonst gleichbleibenden Abmessungen des Gummikörpers und der äußeren Metallhalbschalen durch unterschiedliche Wand- ■■

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stärken bzw. unterschiedliche Innendurchmesser dem jeweiligen Durchmesser des Stabilisatorstabes oder der Inrienwelle angepaßt sind. Damit kann der Innendurchmesser des Lagers durch
Verwendung verschieden dicker Innenhalbschalen des Gummi-Metall-Körpers der Stärke des Stabilisatorstabes angepaßt werden. Es kann z.B. die gleiche Stabilisatorlagerung für verschiedene
Lastkraiftwagen-Typen mit entsprechend unterschiedlichen Stabilisatordurchmessern verwendet werden. Auch das Gummi-Meta Il-E lenient kann in der gleichen Vulkanisierform mit auswechselbaren Inneneinsätzen gefertigt werden. Dies vereinfacht die Lagerhaltung und verbilligt die Fertigung des gesamten Gelenklagers wesentlich.

Schließlich sieht die Neuerung noch vor, daß die von zwei
Gummi-Metall-Elementen gebildete Buchse an ihren zylindrisch
auslaufenden Enden gegenüber dem zylindrischen Mittelteil einen kleineren Durchmesser aufweist. Hierdurch können axial zur
Buchse größere Seitenkräfte aufgenommen werden und die Buchse läßt sich um ihre Querachse besäer auslenken.

Die Zeichnungen veranschaulichen¹ die Neuerung an Ausführungsbeispielen und zwar zeigen:

Fig. 1 die fertigmontierte Stabilisatorlagerung eines

Lastkraftwagens mit einem Ausschnitt des Stabilisatorstabes in perspektivischer Darstellung,

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Fig. 2 ein einzelnes Gummi-Metall-Element (Halbschale) ,

Fig. 3 den Querschnitt durch das Gelenklager eines Lastkraftwagen-Stabilisators zu Beginn der Montage,

Fig. 4 den Längsschnitt zu Fig„ 3, Fig. 5 den Querschnitt durch das in Fig. 3 gezeigte Gelenklager, jedoch in fertigmontiertem Zustand,

Fig. 6 den Längsschnitt zu Fig. 5,

Fig. 7 die Verformung des Stabilisatorstabes und der zwischen dem Stabilisatorstab und den inneren Metallhalbschalen liegenden Gununischicht,

Fig. 8 Teillängsschnitt einer gegenüber den Fig. 1-6 abgeänderten Ausführungsform und

Fig. 9 Vorderansicht zu Fig. 8.

Nach den Fig. 1-3 besteht ein Gummi-Metall-Element 4 aus der äußeren Metallhalbschale 1 mit den Stirnseiten3, der inneren Metallhalbschale 2 und der zwischen den Metallhalbschalen einvulkanisierten Gununischicht 20, welche die verdrehenden und verkantenden Verformungen aufnimmt. Auf die freie Oberfläche der inneren Metallhalbschale 2 ist eine dünne Gummischicht 10 aufvulkanisiert.

In den Fig. 1, 3 und 4 sind zwei Gummi-Metall-Elemente 4 um einen Stabilisatorstab 11 gelegt. Die äußeren Metallhalbschalen 1 der Gummi-Metall-Elemente 4 klaffen an den Trennstellen auseinander. Um die Gummi-Metall-Efemente 4 sind die Lager-

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schalenhälften 5 und 6 herumgelegt und an ihren Flanschen 7, 8 bzw. 7a, 8a mittels der Klemmschrauben 12 und 12a verbunden. In diesem Zustand zu Beginn der Montage (Fig. 3) sind die Radien der äußeren Metallhalbschalen 1 größer als die Innenradien der Lagerschalenhälften 5 und 6.

In den Fig. 5 und 6 sind die äußeren Lagerschalenhälften 5 und 6 an ihren Flanschen 7, 8 und 7a, 8a mit den Klemmschrauben 12, 12a und Muttern 13, 13a stark zusammengezogen und die beiden Gummi-Metall-Elemente 4 bilden ein geschlossenes Teil. Die Endflächen 3 und 3a sind aufeinandergepreßt und die Spalte zwischen den Gummiendflächen sind völlig geschlossen, so daß der Gummi einen geschlossenen Ring mit umlaufendem Kraftschluß bildet. Dabei sind die Radien der äußeren Metallschalen 1 am ganzen Umfang gleichmäßig verkleinert, und der Außenradius der Metallhalbschalen 1 stimmt mit dem Innenradius der Lagerschalenhälften 5 überein· Zwischen den Flanschen 7, 8 und 7a, 8a oder wenigstens zwischen einem Flanschpaar bleiben Spalte 14, 14a bestehen, so daß die ganze Kraft der Klemmschraube 12, 12a und Muttern 13, 13a auf die Lagerschalenhälften wirkt. Die metallischen Innenschalenhälften 2 der Gummi-Metall-Elemente 4 bilden in diesem montierten Zustand keinen geschlossenen Ring, •sondern sind durch die Spalte 9 voneinander getrennt; daher wirkt der volle Gummidruck über die dünnen Gummischichten 10 auf den Stabilisatorstab 11.

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Pig. 7 zeigt einen Teil des Stabilisatorstabes 11 mit der daran angepreßten, aus zwei halbschalenförmigen Teilen 10 bestehenden Gummischicht. Die Dicke der Gummi schicht ist maßstäblich verzerrt gezeichnet. Die äußere Mantelfläche 15 der Gummischicht 10 ist an den Innenflächen der inneren Metall·="¹ halbschalen 2 (in Fig. 2, 3 und 5) fest anvulkanisiert und wird dort unverschiebbar festgehalten. Die Querschnitte 16 und 17 des Stabilisatorstabes 11, die mit den stirnseitigen Enden der Gummischicht 10 in einer Ebene liegen,'verdrehen sich gegen den mittleren Querschnitt um -f bzw. -=τγ- · Dabei verschiebt sich der Punkt 18 tangential auf dem Umfang des Querschnittes 16 nach 18a und der Punkt 19 auf dem Umfang des Querschnittes 17 nach 19a. Für die Verschiebung fg. auf dem Umfang des Stabilisatorstabes gilt

St

darin ist R der Radius und D der Durchmesser des Stabilisatorstabes. Bei dem größten Betriebsverdrehwinkel

/ max

Stabilisatorstabes 11 beträgt dessen Verdrehung im Bereich der Lagerbuchse^ ψ = 'γ _v — mit der wirksamen Länge L des Stabilisator-/ f max L

Stabes 11 und der wirksamen Gummilänge 1 der Lagerbuchse.

Auch die angepreßte Gummischicht 10 mit der Schichtstärke s wird zwangsläufig um den Betrag f_gt verschoben. Sie erfährt also eine Schubverformung mit dem Schiebewinkel V". Näherurigs-

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weise kann hier VA = —- gesetzt und das Hoqkssche Gesetz für die SchubverJormung angewandt werden, so daß sich ergibt

oder £,

Da die Verschiebungen für Gummi und Stahl gleich sein müssen, also f_st = f_G, erhält man folgende Beziehung:

A I ^max L

Für die Schichtstärke s des Gummis wird

s —

4 L Γ

Ist die zulässige Wechselspannung für Gummi Γ , dann gilt für die erforderliche Schichtstärke s der Gummischicht 10

L.r

In dieser Gleichung ist die Gummibeanspruchung durch volle Stabilisatorwirkung bei einseitiger Einfederung des Fahrzeuges erfaßt. Hierzu überlagert sich in manchen Belastungsfällen eine gleichmäßig verteilte reine Verdrehung der Stabilisatorlagerbuchse durch eine auf beiden Seiten gleichmäßige Einfederung. Da diese klein ist und vor allem von der dicken Gummischicht 20 aufgenommen wird, kann sie unberücksichtigt bleiben. In besonders ungünstigen Fällen genügt eine Reduzierung des Wertes für die zulässige Wechselspannung Γ,,·

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, In den Pig. 8 und 9 1st ein Stabilisatorlagerzapfen 11a im mittleren Bereich 21 mit gegenüber dem vorderen Ende 22 und hinterem Teil 23 vergrößertem Durchmesser ausgeführt. Die beiden Gummi-Metall-Elemente 4a mit der Gummischicht 20a sind dieser Zapfenform angepaßt und weisen an den, zylindrischen ,Enden der Metallschalen 1a, 2a mit der Gummischicht 20a gegenüber dem zylindrischen Mittelteil 24 einen kleineren Durchmesser auf. Im übrigen stimmt diese Gelenkausführungsform mit der der Fig. 1-6 überein', dies gilt besonders auch für die verbleibenden Spalte 9 und 14, 14a. ·

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Claims (4)

Schutzansprüche

1. Gelenklager, insbesondere zur Lagerung der Stabilisatoren
schwerer Straßenfahrzeuge, bestehend aus zwei äußeren, ein
Aufnahmeauge bildenden Lagerschalen und zwei im Aufnahmeauge eingeklemmten, voneinander getrennten Gummi-Metall-Halbschalen, deren jede als Gummi-Halbschale mit je einer innen und außen auf diese festhaftend aufvulkanisierten metallischen Halbschale ausgebildet ist, wobei deren Innenseiten auf den Stabilisatorstab aufliegen, gekennzeichnet,durch die Kombination

folgender Merkmale:
\ a) Im eingebauten Zustand des Gelenklagers stützen sich die

Endflächen (3, 3a) der äußeren Metallhalbschalen (1) der
Gummi-Metall-Elemente (4) aufeinander ab;

b) die Wandstärke der äußeren Metallhalbschalen (1) der Gummi-Metall-Elemente (4) ist besonders stark bemessen und ihre einander zugekehrten Endflächen (3, 3a) nehmen allein den gesamten Druck der zusammengespannten Lagerschalenhälften

(5, 6) des Aufnahmeauges auf;

c) im eingebauten Zustand kommen die das Aufnahmeauge bildenden Lagerschalenhälften (5, 6) und/oder deren Flansche

(7,8 bzw. 7a, 8a) wenigstens auf einer Seite nicht zur
Berührung und die Lagerschalenhälften (5, 6) und/oder ihre Flansche (7, 8 bzw. 7a, 8a) sind elastisch oder plastisch verformt;

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d) die inneren Metallhalbscha.len (2) sind nach der Montage durch einen Spalt (9) an der Trennstelle voneinander getrennt.

\

2. Gelenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

j inneren Metallhalbschalen (2) des Gummi-Metall-Elementes (4)

\ an ihrer dem Stabilisatorstab (11) zugewandten Oberfläche mit

einer angehafteten dünnen Gummischicht (10) versehen sind, deren Mindeststärke s in Abhängigkeit von dem größten Betriebsverdrehwinkel tf _max des Stabilisatorstabes (11), von dessen wirksamer Gesamtlänge L, von der wirksamen Gummilänge 1 der Gummischicht (10), von dem Durchmesser D des Stabilisatorstabes (11), von dem Schubmodul G und der Wechselfestigkeit X" der verwendeten Gummimischung festgelegt ist durch die Beziehung

DlG *fmax

3. Gelenklager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhalbschalen (2) bei sonst gleichbleibenden Abmessungen des Gummi-Metall-Elementes (4) und der äußeren Metallhalbschalen (1) durch unterschiedliche Wandstärken bzw. unterschiedliche Innendurchmesser dem jeweiligen Durchmesser des Stabilisatorstabes (11) oder der Innenwelle angepaßt sind.

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4. Gelenklager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von zwei Gummi-Metall-Elernenten (4a) gebildete B' hse an ihren zylindrisch auslaufenden Enden (1a, 2a) gegenüber dem zylindrischen Mittelteil (24) einen kleineren Durchmesser aufweist.

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