DE10006178B4

DE10006178B4 - Elastomerlager

Info

Publication number: DE10006178B4
Application number: DE2000106178
Authority: DE
Inventors: Susanne Brokamp; Stephan Schulte; Stefan Sieker; Hubert Siemer
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: DE10006178C5; DE10006178A1

Abstract

Elastomerlager bestehend aus einem Innenteil (1), sowie zwei, bezogen auf die Längsachse (5) des Elastomerlagers einen axialen Abstand zueinander aufweisende, das Innenteil (1) umgebende Ringhülsen (2a, 2b) und einem zwischen Innenteil und Ringhülsen (2a, 2b) mit diesen festhaftend verbundenen Elastomerkörper (3), wobei das Innenteil (1) einen Ringwulst (4) mit zwei Stützflächen (4a, 4b) aufweist, von denen ausgehend je ein stegförmiger Teil (3a, 3b) des Elastomerkörpers unter einem Winkel (α) zur Längsachse (5) des Elastomerlagers die Verbindung zu den Ringhülsen (2a, 2b) bildet, welche in eine Außenhülse (6) oder ein Aufnahmeauge eines Kraftfahrzeugbauteiles eingesetzt sind, sodaß auf die stegförmigen Teile (3a, 3b) des Elastomerkörpers eine Vorspannkraft wirkt, wobei zwischen der Außenhülse (6) oder dem Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles und der Oberfläche des Ringwulstes (4) ein radialer Abstand in Form eines Freiweges vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
– sich die stegförmigen Teile (3a, 3b) des Elastomerkörpers jeweils unter einem Winkel α von...

Description

Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager wie es in Kraftfahrzeugen in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen kann.
So ist beispielsweise die Verwendung zur Lagerung der Hinterachse, als Getriebelager oder als Aggregatlager möglich.
Bekannte Elastomerlager-Ausführungen, die zumeist aus einem Innenteil, einem Außenteil und einem dazwischen angeordneten Elastomerkörper bestehen, haben jedoch den Nachteil, daß diese in radialer Richtung gesehen eine sehr harte Federungscharakteristik und in axialer Richtung zumeist eine sehr weiche Federungscharakteristik aufweisen. Diese Eigenschaften sind jedoch nicht für jeden Einsatzzweck uneingeschränkt anwendbar, so daß, um beispielsweise eine axiale Federung härterer Charakteristik zu erreichen, Ausführungen bekannt sind, bei denen ein oder mehrere zusätzliche Axialanschläge vorgesehen werden. Diese Elastomerlager werden in Folge ihres mehrteiligen Aufbaus kompliziert, sind schwierig herzustellen und zu montieren und damit kostenintensiv.
Um die radiale Federungscharakteristik wenigstens etwas nachgiebiger gestalten zu können, ist es bekannt, Nieren, d. h. Ausnehmungen in dem Elastomer vorzusehen. Gegenwärtig steht kein Elastomerlager zur Verfügung, das einteilig ist, in axialer Richtung eine harte Federungscharakteristik sowie in radialer Richtung eine weiche Federungscharakteristik aufweist.

Darüber hinaus offenbart die JP 11-325145 A ein Gummigelenk mit einem zylindrischen Innenteil und einer das Innenteil umgebenden Ringhülse, wobei am Innenteil ein eine Gelenkkugel bildender kugelförmiger Abschnitt ausgebildet ist, dessen Oberfläche über einen Elastomerkörper mit der Ringhülse verbunden ist. Der Elastomerkörper weist stegförmige Teile auf, die sich von der Gelenkkugeloberfläche aus radial bis zur Ringhülse erstrecken. Dabei schließen die stegförmigen Teile mit der Längsachse des Gummilagers einen Winkel von ungefähr 55° ein. Die das Innenteil umgebende Ringhülse besteht aus zwei Teilhülsen, wobei die Ausdehnung der Ringhülse in Längsrichtung des Elastomerlagers ungefähr dem Durchmesser der Gelenkkugel entspricht.

Die EP 0 544 112 A1 zeigt ein ähnlich aufgebautes Elastomerlager, wobei allerdings der Elastomerkörper als ein einteiliger, den gesamten Gelenkkugelbereich umgebender Körper ausgebildet ist, der im montierten Zustand über seine gesamte axiale Erstreckung an der Außenhülse des Lagers anliegt.

Der Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, ein Elastomerlager zu schaffen, das einteilig ausgeführt ist und in Bezug auf die Lagerlängsachse radial eine weiche Federungscharakteristik sowie axial eine harte Federungscharakteristik aufweist.

Die Erfindung löst diese technische Problemstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßes Elastomerlager besteht aus einem Innenteil, sowie zwei, bezogen auf die Längsachse des Elastomerlagers einen axialen Abstand zueinander aufweisende, das Innenteil umgebende Ringhülsen und einem zwischen Innenteil und Ringhülsen mit diesen festhaftend verbundenen Elastomerkörper, wobei das Innenteil einen Ringwulst mit zwei Stützflächen aufweist, von denen ausgehend je ein stegförmiger Teil des Elastomerkörpers unter einem Winkel α zur Längsachse des Elastomerlagers die Verbindung zu den Ringhülsen bildet, welche in eine Außenhülse oder ein Aufnahmeauge eines Kraftfahrzeugbauteiles eingesetzt sind, sodaß auf die stegförmigen Teile des Elastomerkörpers eine Vorspannkraft wirkt, wobei zwischen der Außenhülse oder dem Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles und der Oberfläche des Ringwulstes ein radialer Abstand in Form eines Freiweges vorhanden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die stegförmigen Teile des Elastomerkörpers jeweils unter einem Winkel α von etwa 20° bis 30° bezogen auf die Längsachse des Elastomerkörpers zwischen dem Ringwulst und den zugeordneten Ringhülsen erstrecken..

Durch den stegförmig ausgebildeten Teil des Elastomerkörpers, welcher sich einerseits an den Stützflächen des Ringwulstes und andererseits in der wenigstens einen Ringhülse abstützt, kann eine axial harte Federungscharakteristik des Lagers in einfacher Weise erreicht werden. Das Innenteil, der Elastomerkörper und die beiden Ringhülsen bilden gemeinsam ein einteiliges Bauteil, das durch Spritzen beziehungsweise durch ein Vulkanisationsverfahren des Elastomerkörpers hergestellt wird. Somit sind die Fertigungskosten für ein erfindungsgemäßes Elastomerlager äußerst gering. In Folge der Anordnung der stegförmigen Teile des Elastomerkörpers unter einem Winkel zur Längsachse wird darüber hinaus in einfacher Weise eine radial weiche Federungscharakteristik eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers erreicht, da dieses in radialer Richtung nachgiebig ist, soweit die Elastizität des Elastomerkörpers dies zuläßt.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung, die Ringhülsen in einer Außenhülse oder unmittelbar in ein Aufnahmeauge eines Kraftfahrzeugbauteiles einzusetzen, kann gleichzeitig erreicht werden, daß auf die stegförmigen Teile des Elastomerkörpers eine Vorspannkraft wirkt. Die Vorspannkraft ist insoweit von Vorteil als sie unzulässigen Zugspannungen im Elastomermaterial in vorteilhafter Weise entgegen wirkt, so daß ein erfindungsgemäßes Lager sowohl auf Torsion, in axialer, wie auch in radialer Richtung gleichermaßen belastbar ist.

Ferner ist gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, die stegförmigen Teile des Elastomerkörpers als um das Innenteil umlaufende Ringe auszubilden.

Zur Vermeidung des Verrutschens der Ringhülse(n) innerhalb der Außenhülse bzw. des Aufnahmenauges des Kraftfahrzeugbauteiles, wird weiter vorgeschlagen, die Ringhülsen innerhalb der Außenhülse in ihrer Lage zu fixieren. Die Lagefixierung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch eine Presspassung oder eine punktweise Verformung beziehungsweise Umbördelung des Randes der Außenhülse erfolgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Ringhülsen annähernd eine L-, V-, U- oder W-Form aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner darin, den Ringwulst mit einem Querschnitt auszustatten, dessen Kontur ausgehend von der zylindrischen Außenoberfläche des Innenteils in einen Kreisbogen, eine Pyramidenform oder eine Pyramidenstumpfform übergeht.

Dabei hat sich ein harmonischer Übergang von der zylindrischen Außenoberfläche des Innenteiles zum Ringwulst in Form eines Kreisbogens als sinnvoll und vorteilhaft einsetzbar erwiesen, weil die sich gegen die Stützflächen abstützenden stegförmigen Teile des Elastomerkörpers dabei sowohl eine axiale Federung als auch in geringfügigem Maße eine radiale Federung des Lagerinnenteiles relativ zu den Ringhülsen bzw. dem Lageraußenteil aufweisen. Aber selbstverständlich sind auch andere als die genannten geometrischen Querschnittsformen des Ringwulstes oder Übergangsgeometrien möglich.

Um eine weiche radiale Federungscharakteristik des erfindungsgemäßen Elastomerlagers zu bewirken, wird darüber hinaus vorgeschlagen, zwischen der Außenhülse bzw. dem Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles und der Oberfläche des Ringwulstes einen radialen Abstand in Form eines Freiweges vorzusehen. Die radiale Federung wird im Bereich des Freiweges ausschließlich über den in dieser Richtung sehr weich ausgeführten Elastomerkörper und von diesem insbesondere durch seine stegförmigen Teile bewirkt.

Im Bereich der radial äußeren Oberfläche des Ringwulstes ist es darüber hinaus vorteilhaft, einen Überzug aus Elastomermaterial vorzusehen, so daß dadurch in einfacher Weise ein radialer Dämpfungsanschlag gebildet wird. Nach Überschreiten des Freiweges durch eine radiale Bewegung des Innenteiles schlägt die Oberfläche des Ringwulstes an die Innenoberfläche des Kraftfahrzeugbauteiles bzw. der Außenhülse an. Hier ist der elastomere Dämpfungsanschlag von Vorteil, da er ein hartes Anschlagen und damit eine Geräuschbildung innerhalb des Lagers wirkungsvoll verhindert.

Der Winkel α zwischen der spannungsfreien Null-Linie des stegförmigen Teiles des Elastomerkörpers und der Längsachse des Elastomerlagers beträgt erfindungsgemäß zwischen 20° und 30°. In diesem Bereich kann insbesondere eine sehr gute axial harte Federungscharakteristik sowie eine sehr weiche radiale Federungscharakteristik erreicht werden, wobei die radial weiche Federung durch den zuvor genannten Freigweg noch verbessert werden kann.

In den Elastomerkörper können ferner zusätzlich Ausnehmungen eingelassen sein, die eine gezielte Auslegung der radialen Federungscharakteristik eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers gestatten. Diese Ausnehmungen werden als Nieren bezeichnet, weil sie zumeist eine nierenförmige Querschnittsform aufweisen.

Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes erfindungsgemäßes Elastomerlager im Schnitt entlang einer zur Längsachse korrespondierenden Ebene,
2 eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers im Teilschnitt und
3 eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers im Mittenschnitt.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Elastomerlager im Querschnitt entlang einer in Richtung einer Längsachse 5 des Elastomerlagers verlaufenden Ebene. Das Elastomerlager in 1 besteht aus einem metallischen Innenteil 1, welches vorliegend als Aluminium-Vollprofil mit einer Innenbohrung 8 ausgeführt ist.
Selbstverständlich kann jedoch anstelle eines Vollprofils auch ein aus einem gestauchten, rohrförmigen Bauteil hergestelltes Innenteil zum Einsatz kommen.
Ferner weist das in 1 gezeigte Elastomerlager zwei, bezogen auf die Längsachse 5 einen axialen Abstand zueinander aufweisende Ringhülsen 2a und 2b auf. Zwischen den Ringhülsen 2a und 2b und dem metallischen Innenteil 1 ist ein ingesamt mit 3 bezeichneter Elastomerkörper angeordnet. Dieser Elastomerkörper 3 überzieht den zylindrischen Teil des Innenteiles 1 (im oberen und unteren Bildteil erkennbar) mit einer dünnen Elastomerschicht. Das Innenteil 1 geht ausgehend von diesem zylindrischen Abschnitt über einen kreisbogenförmigen Abschnitt in einen Ringwulst 4 über. Dieser Ringwulst bildet an seinen mit dem Elastomerkörper verbundenen Flächen Stützflächen 4a und 4b aus. Der Elastomerkörper geht von dem zylindrischen Umhüllungsbereich des Innenteiles 1 in stegförmige Teile 3a bzw. 3b über. Diese stegförmigen Teile 3a und 3b des Elastomerkörpers 3 gewährleisten in axialer, also in Richtung der Längsachse 5 des Elastomerlagers eine harte Federungscharakteristik.
Wie aus der 1 weiterhin ersichtlich ist, erstrecken sich die stegförmigen Teile 3a und 3b des Elastomerkörpers jeweils unter einem Winkel α von etwa 20° bis 30° bezogen auf die Längsachse 5 des Elastomerlagers zwischen dem Ringwulst 4 und den zugeordneten Ringhülsen 2a und 2b. Die stegförmigen Teile 3a und 3b des Elastomerkörpers sind dabei als um das Innenteil 1 umlaufende Ringe ausgebildet. Gleiches trifft für die Ringhülsen 2a und 2b zu. Die Ringhülsen 2a und 2b sind ihrerseits in einer Außenhülse 6 aufgenommen. Die Außenhülse 6 ist dabei fest mit den Ringhülsen 2a und 2b verbunden. Vorliegend wurde für diese Verbindung ein Reibschluß gewählt, d. h. die Ringhülsen 2a und 2b weisen eine Presspassung zu der sie aufnehmenden Außenhülse 6 auf. Durch diese Preßverbindung wird gleichzeitig eine Vorspannkraft auf die stegförmigen Teile 3a und 3b des Elastomerkörpers 3 ausgeübt. Die Vorspannkraft gewährleistet, daß der Elastomerkörper sowohl tordierbar als auch axial und radial bewegbar ist, ohne daß nennenswerte Überlastungen in dem Elastomerkörper auftreten, wie sie insbesondere als Zugspannungen für das Material schädlich wären.
Der Ringwulst 4 ist an dem Innenteil 1 umlaufend ausgeführt. Zwischen seiner Oberfläche, die mit einem Dämpfungsanschlag 7 versehen ist, und der Innenoberfläche der Außenhülse 6 ist ein Freiweg vorhanden. Dieser Freigweg gewährleistet eine radial sehr weiche Federung, so lange, bis der Dämpfungsanschlag 7 in Berührungskontakt mit der Innenoberfläche der Außenhülse 6 kommt. Eine Öffnung 9 in der Außenhülse 6 wird beiderseits des erfindungsgemäßen Elastomerlagers von dem zylindrischen Abschnitt des Innenteiles 1 durchragt.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist es ebenfalls möglich, an der äußeren, freien Oberfläche der Ringhülsen 2a und 2b einen Anschlagpuffer 10 vorzusehen. Dieser kann zusätzlich genutzt werden, um eine Wegbegrenzung oder einen Anschlag in axialer Richtung zu ermöglichen. Der Übergang zwischen dem Innenteil 1 und dem Ringwulst 4 ist bei dieser Ausführung nicht kreisbogenförmig ausgeführt. Wie aus der 2 ferner ersichtlich ist, wird die Öffnung 9 der Außenhülse 6 beziehungsweise des Kraftfahrzeugaufnahmeauges so groß gehalten, daß ein rechtwinkelig zur Längsachse 5 des Elastomerlagers ausgerichteter Ringflanschbereich der Ringhülsen 2a und 2b bis in die Öffnung 9 hineinragt. An diesem Flanschbereich ist der zuvor genannten Anschlagpuffer 10 angebracht. Er kann bei der Herstellung des gesamten Bauteiles zusammen mit dem Elastomerkörper 3 einteilig ausgeführt werden. Ein Dämpfungsanschlag 7 ist bei der Ausführung entsprechend 2 nicht vorhanden.
Das grundsätzlich im Aufbau zu den zuvor beschriebenen Ausführungen ähnliche Elastomerlager der 3 weist im Elastomerkörper 3 eine Ausnehmung 11 auf, die vorliegend den Elastomerkörper 3 in axialer Richtung, also parallel zur Längsachse 5, vollständig durchsetzt. Die gezeigte Ausführung ist beispielhaft zu verstehen. Selbstredend können mehrere Ausnehmungen 11 über den Umfang des Elastomerlagers verteilt angeordnet sein.
Der Dämpfungsanschlag 7 weist bei der in 3 dargestellten Variante einen stärkeren Querschnitt auf, als es bei dem in der 1 gezeigten Elastomerlager der Fall ist, weil auch der Dämpfungsanschlag 7 von der Ausnehmung 11 durchsetzt ist.

1: Innenteil
1a: Außenoberfläche des Innenteils
2: Ringhülse
2a, 2b: Ringhülse
3: Elastomerkörper
3a, 3b: stegförmiger Teil
4: Ringwulst
4a, 4b: Stützfläche
5: Längsachse
6: Außenhülse (Kraftfahrzeugaufnahmeauge)
7: Dämpfungsanschlag
8: Innenbohrung
9: Öffnung
10: Anschlagpuffer
11: Ausnehmung

Claims

Elastomerlager bestehend aus einem Innenteil (1), sowie zwei, bezogen auf die Längsachse (5) des Elastomerlagers einen axialen Abstand zueinander aufweisende, das Innenteil (1) umgebende Ringhülsen (2a, 2b) und einem zwischen Innenteil und Ringhülsen (2a, 2b) mit diesen festhaftend verbundenen Elastomerkörper (3), wobei das Innenteil (1) einen Ringwulst (4) mit zwei Stützflächen (4a, 4b) aufweist, von denen ausgehend je ein stegförmiger Teil (3a, 3b) des Elastomerkörpers unter einem Winkel (α) zur Längsachse (5) des Elastomerlagers die Verbindung zu den Ringhülsen (2a, 2b) bildet, welche in eine Außenhülse (6) oder ein Aufnahmeauge eines Kraftfahrzeugbauteiles eingesetzt sind, sodaß auf die stegförmigen Teile (3a, 3b) des Elastomerkörpers eine Vorspannkraft wirkt, wobei zwischen der Außenhülse (6) oder dem Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles und der Oberfläche des Ringwulstes (4) ein radialer Abstand in Form eines Freiweges vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß – sich die stegförmigen Teile (3a, 3b) des Elastomerkörpers jeweils unter einem Winkel α von etwa 20° bis 30° bezogen auf die Längsachse (5) des Elastomerkörpers zwischen dem Ringwulst (4) und den zugeordneten Ringhülsen (2a, 2b) erstrecken.
Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der zylindrischen Außenoberfläche des Innenteils (1) zum Ringwulst (4) in Form eines Kreisbogens ausgebildet ist.
Elastomerlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stegförmigen Teile (3a, 3b) jeweils als um das Innenteil (1) umlaufender Ring ausgebildet sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhülsen (2a, 2b) in der Außenhülse (6) oder dem Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles lagefixiert sind.
Elastomerlager nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bezogen auf die Längsachse (5) des Elastomerlagers einen axialen Abstand zueinander aufweisende Ringhülsen (2a, 2b) mit je einem stegförmigen Teil (3a bzw. 3b) des Elastomerkörpers verbunden sind.
Elastomerlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhülsen (2a, 2b) annähernd einen L-, V-, U- oder W-förmigen Querschnitt aufweisen.
Elastomerlager nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst (4) einen Querschnitt aufweist, dessen Kontur ausgehend von der zylindrischen Außenoberfläche (1a) des Innenteiles (1) in einen Kreisbogen, eine Dreieckform oder eine Trapezform übergeht.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Elastomerkörpers den Ringwulst (4) überzieht und somit einen radialen Federungsanschlag (7) bildet.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhülsen (2a, 2b) in die Außenhülse (6) oder unmittelbar in das Aufnahmeauge des Kraftfahrzeugbauteiles eingesetzt sind und an der äußeren, freien Oberfläche eines rechtwinklig zur Längsachse (5) des Elastomerlagers bis in den Bereich einer Öffnung (9) der Außenhülse (6) beziehungsweise des Aufnahmeauges hineinragenden Flanschbereiches der Ringhülsen (2a, 2b) ein Anschlagpuffer (10) angeformt ist.
Elastomerlager nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Elastomerkörper (3) Ausnehmungen (11) eingelassen sind.