DE10104936A1 - Schubfeder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elastomerfeder (3) zum Abstützen einer axial ausgerichteten Schraubenfeder insbesondere in einem Motorlager. Zur Verringerung der radialen Belastungen der Schraubenfeder bei gleichzeitiger Dämpfung wird eine Elastomerfeder (3) vorgeschlagen, die einen in die Schraubenfeder einführbaren Zentrierzapfen (10) und einen unter Einwirkung von Radialkräften schubverformbaren Biegeabschnitt (9) aufweist, wobei ein Formteil (13) zum Stabilisieren der Elastomerfeder (3) vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Elastomerfeder (3) werden Radialbelastungen der Schraubenfeder durch den Biegeabschnitt (9) als Schubspannung federnd aufgenommen, so dass die Dauerfestigkeit der Schraubenfeder erhöht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elastomerfeder zum Abstützen einer axial ausgerichteten Schraubenfeder insbesondere in einem Motorlager.

Eine solche Elastomerfeder ist aus der DE 23 07 567 bekannt. Die dort offenbarte Elastomerfeder ist zylinderförmig ausgestaltet. Zur Aufnahme einer Stahlschraubenfeder ist eine zentrale Ausnehmung vorgesehen, durch die die Stahlschraubenfeder insbesondere während des Betriebs des Motorlagers seitlich fixiert und gegen ein unbeabsichtigtes Verrutschen geschützt ist. Weiterhin wird ein verschleißträchtiger Kontakt zwischen metallischen Oberflächen, der sich beispielsweise bei einem Abstützen der Stahlschraubenfeder an der Gehäusewandung ergeben würde, vermieden.

Schraubenfedern weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, die für Federn eines Motorlager besonders wünschenswert sind. Beispielhaft seien die großen axialen Lagerwege von Schraubenfedern erwähnt, die zur federnden Aufnahme der großen statischen Last eines Kraftfahrzeugmotors notwendig sind. Weiterhin kann durch den Einsatz von Schraubenfedern in dem Federelement eines Motorlagers ein Setzen des Federelements verringert werden.

Schraubenfedern haftet jedoch der Nachteil an, dass sie nur geringe radiale Auslenkungen dauerfest zulassen. Da insbesondere bei Motorlagerungen radiale Belastungen unvermeidlich sind, weisen Schraubenfedern daher eine in der Regel nur geringe Lebensdauer auf, die ihren Einsatz in der Praxis begrenzt.

Aus der DE 195 43 239 ist ein Motorlager bekannt, das neben einer Elastomerradialfeder eine Elastomerbalgfeder aufweist, in der eine Stahlschraubenfeder angeordnet ist. Zur Fixierung der Stahlschraubenfeder sind zwei einander zugewandte zylinderförmige beziehungsweise kegelstumpfförmige Vorsprünge vorgesehen, die an beiden Seiten in die Stahlschraubenfeder hineinragen. Maßnahmen zur Verringerung der Radialbelastungen der Schraubenfeder sind nicht offenbart.

Die US 3,874,646 beschreibt ein Motorlager mit einer Stahlschraubenfeder, das zur Aufnahme und zum Abstützen der Schraubenfeder eine an der Gehäusewandung des Lagers verlaufende Nut aufweist. Hierbei kommt es zu einem Kontakt zwischen metallischen Oberflächen, der den Verschleiss der Stahlschraubenfeder verstärkt und darüber hinaus unerwünschte Störgeräusche erzeut. Das dort offenbarte Motorlager weist weiterhin einen Auflastlager sowie ein Widerlager auf, wobei sich die Schraubenfeder zur Erhöhung ihrer radialen Dauerfestigkeit zum Auflastlager hin verjüngt.

Die Verwendung einer Stahlschraubenfeder in einem Motorlager ist weiterhin aus der bisher noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 100 09 544.5 bekannt.

Eine weitere naheliegende Vorgehensweise zur Erhöhung der radialen Belastbarkeit von Schraubenfedern besteht in der Vergrößerung ihrer Federlänge. Die Verlängerung der Schraubenfeder allein ist jedoch mit einem Absinken ihrer Steifigkeit verbunden. Zum Erhalt der gewünschten, ursprünglichen axialen Steifigkeit, die zur Lagerung der großen statischen Last notewendig ist, muss der Querschnitt der Schraubenfeder erhöht werden. Durch die erwähnten Maßnahmen vergrößert sich jedoch die geometrische Ausdehnung der Feder in einem Maß, dass die von der Automobilindustrie vorgegebenen geringen Einbauräume überschritten und andere Funktionsteile eingeengt werden.

Die größere Federmasse würde weiterhin die Eigenfrequenz der Schraubenfeder in einen Bereich hinein abgesenken, in dem während des Betriebs eines Fahrzeugs dynamische Belastungen auftreten können. Liegt die Frequenz der dynamischen Belastung jedoch im Bereich der Eigenfrequenz einer Stahlschraubenfeder, die nahezu ungedämpft ist, treten ungewünschte Vibrations- und Störgeräusche auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elastomerfeder der eingangs genannten Art bereitzustellen, die radiale Belastungen einer Schraubenfeder verringert und deren Dauerfestigkeit für einen Einsatz in einem Motorlager erhöht, wobei die Schraubenfeder darüber hinaus gedämpft wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Elastomerfeder gelöst, die durch einen in die Schraubenfeder einführbaren Zentrierzapfen und einen unter Einwirkung von Radialkräften schubverformbaren Biegeabschnitt gekennzeichnet ist, wobei ein Formteil zum Stabilisieren der Elastomerfeder vorgesehen ist.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass Radialbelastungen der Schraubenfeder fast vollständig in den schubverformbaren Biegeabschnitt der Elastomerfeder eingeleitet und somit federnd aufgenommen werden. Hierbei spielt sowohl der Zentrierzapfen als auch das Formteil der erfindungsgemäßen Elastomerfeder eine wesentliche Rolle.

Radialbelastungen einer Schraubenfeder treten bei einem seitlichen oder radialen Versatz von Lagerteilen auf, an denen die Schraubenfeder beidseitig abgestützt ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder folgt diese mit ihrer abstützenden Oberfläche dem Versatz eines gegenüberliegenden Lagerteils, so dass die Schraubenfeder linear ausgerichtet bleibt. Die bei einem seitlichen Versatz eines der Elastomerfeder axial gegenüberliegenden Lagerteils erzeugten und über die Schraubenfeder eingeleiteten Radialkräfte werden erfindungsgemäß von dem Zentrierzapfen der Elastomerfeder aufgenommen und über das Formteil auf den schubverformbaren Biegeabschnitt übertragen, der daraufhin ausgelenkt wird und die auftretenden Radialkräfte auf Grund seiner Elastizität federnd aufnimmt.

Die Elastomerfeder weist darüber hinaus auch dämpfende Eigenschaften auf, so dass Vibrationen und Störgeräusche aufgrund dynamischer Belastungen im Eigenfrequenzbereich der Schraubenfeder vermindert werden.

Im Gegensatz zur Schraubenfeder weist die Elastomerfeder auch bei radialer Beanspruchung eine hohe Dauerfestigkeit auf, so dass erfindungsgemäß eine Elastomerfeder bereitgestellt ist, die die Herstellung eines Motorlagers mit einer Schraubenfeder ermöglicht, wobei die Schraubenfeder dauerfest und gedämpft ist. Durch die Verwendung eines Elastomers zum Abstützen der Schraubenfeder werden darüber hinaus Kontaktflächen zwischen metallischen Materialien vermieden, die bei dynamischer Belastung Knarr- oder Quietschgeräusche erzeugen.

Vorteilhafterweise ist der Zentrierzapfen zylinderförmig und einstückig mit dem Biegeabschnitt ausgebildet und weist an dem von dem Biegeabschnitt abgewandten Ende sich nach außen hin verjüngende Einführschultern auf. Diese Konfiguration erleichtert das Einführen des Zentrierzapfens in die Schraubenfeder.

Die einstückige Ausgestaltung wirkt sich nicht nur bei der Herstellung der Elastomerfeder vorteilhaft aus, die beispielsweise zusammen mit dem Formteil im Spritzgussverfahren gefertigt wird. Auch im Hinblick der Übertragung der Radialkräfte auf den schubverformbaren Biegeabschnitt ist die einstückige Ausgestaltung gegenüber dem Anbinden des Zentrierzapfens an dem Biegeabschnitt mittels Kleben oder Schweißen vorzuziehen. Zur Erläuterung dieses Zusammenhanges sei darauf hingewiesen, dass die Wirksamkeit der Kräfteübertragung von der Güte des Formschlusses zwischen Biegeabschnitt und Zentrierzapfen abhängig ist. Dieser ist bei einer einstückigen Ausgestaltung in der Regel durch die hohe Vernetzungsdichte der beiden Abschnitte auf molekularer Ebene am stabilsten. Kleb- oder Schweissverbindungen können darüber hinaus Fehlerquellen bei der Herstellung der Elastomerfeder darstellen.

Vorteilhafterweise ist im Oberflächenbereich der Elastomerfeder zwischen dem Biegeabschnitt und dem Zentrierzapfen eine abgerundete Hohlkehle vorgesehen, die sich um den beispielsweise zylindrerförmigen Zentrierzapfen herum erstreckt. Auf diese Weise werden spitze Winkel zwischen dem Biegeabschnitt und dem Zentrierzapfen vermieden, die bei starker radialer Beanspruchung des Zentrierzapfens während der Kräfteübertragung auf den Biegeabschnitt Spannungsspitzen erzeugen und somit ein Aufreißen der Elastomerfeder herbeiführen können.

Zweckmäßigerweise sollte die Elastomerfeder in radialer. Richtung weich sein, wobei ihre Höhe zur Vermeidung eines Setzens des Elastomers möglichst gering ausgewählt werden sollte. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Weg der zulässigen radialen Auslenkung der Elastomerfeder größer als deren Höhe ist.

In diesem Zusammenhang kann die Elastizität des Biegeabschnitts durch Einbringen einer Ausnehmung weiter erhöht werden. Die Ausnehmung muss dabei an dem schraubenfederseitigen Ende des Biegeabschnittes angeordnet sein, da ihr Einfluss auf das Biegeverhalten des Biegeabschnittes sonst zu vernachlässigen wäre. Insofern hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Ausnehmung in dem Zentrierzapfen vorzusehen, wobei sie sich bis in den Biegeabschnitt hinein erstreckt.

Erfindungsgemäß kann sich die Ausnehmung auch über den gesamten Biegeabschnitt hinweg erstrecken.

Da die besagte Ausnehmung sonst die Elastizität des Zentrierzapfens erhöhen und die Übertragung der Radialkräfte in den Biegeabschnitt nachteilig beeinflussen würde, ist bei einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Elastomerfeder das Formteil als dünner scheibenförmiger Rundabschnitt ausgestaltet und weist einen mittigen Rohansatz aus. Dabei ist das Formteil in der Nähe des Oberflächenbereichs der Elastomerfeder angeordnet, so dass es die Elastomerfeder in diesem Bereich stabilisiert. Ein Eindrücken der Feder aufgrund der hohen axialen Beanspruchung durch die Schraubenfeder an der Oberfläche wird somit weitgehend vermieden. Weiterhin wirkt sich der mittige Rohansatz des Formteils vorteilhaft in dem Sinne aus, dass er Radialkräfte der Schraubenfeder aufnimmt, auf seinen scheibenförmigen Rundabschnitt überträgt und somit als Schubbeanspruchung in den Biegeabschnitt der Elastomerfeder einleitet.

Bei einer hiervon abweichenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung fehlt die Ausnehmung in der Elastomerfeder. Zentrierzapfen und Biegeabschnitt sind somit massiv ausgestaltet, wobei sich das Formteil der Oberflächenkontur der Elastomerfeder folgend in ihrem Oberflächenbereich erstreckt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist das Formteil als ebene Rundscheibe ausgestaltet und erstreckt sich lediglich im Oberflächenbereich des Biegeabschnittes der ebenfalls ein rundes Profil aufweist. Selbstverständlich können Elastomerfeder und Biegeabschnitt ein eckiges Profil aufweisen.

Die Anbindung des Formteils an den Federabschnitt und somit die Übertragung von Radialkräften in den Biegeabschnitt der Elastomerfeder kann verbessert werden, wenn das Formteil im Randteil des Federabschnitts ringförmige Unterbrechungen aufweist. Die Unterbrechungen erhöhen die Oberfläche des Formteils und somit den Formschluss zwischen Elastomer- und Formteil.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis der Steifigkeit der Elastomerfeder in axialer Richtung zur Steifigkeit in radialer Richtung 20 : 1.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, von denen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Elastomerfeder in einer seitlich geschnittenen Darstellung in einem Motorlager radial unbelastet und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Elastomerfeder in einer seitlich geschnittenen Darstellung in einem Motolager unter der Einwirkung einer radialen Last zeigt,

wobei sich entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Fig. 1 zeigt die zusammen mit einer Schraubenfeder 1 in ein Motorlager 2 eingebaute erfindungsgemäße Elastomerfeder 3 in geschnittener Darstellung. Das Motorlager 2 ist in Fig. 1 nur teilweise gezeigt und durch ein Auflageranschlussstück 4 sowie eine diesem als Widerlager dienende untere Gehäusewandung 5 erkennbar. Als Auflageranschluss 6 ist in dem Auflageranschlussstück 4 eine Zentralbohrung mit Gewinde vorgesehen, die auflastlagerseitig offen und widerlagerseitig durch eine Dichtungskugel 7 zum Lager hin fluiddicht abgeschlossen ist. Auf diese Weise ist eine dämpfende Flüssigkeit in das Lager einführbar, worauf im Folgenden jedoch nicht näher eingegangen werden wird.

Die Elastomerfeder 3 weist an ihrem widerlagerseitigen Ende eine Bodenplatte 8 auf, die beispielsweise durch Verschrauben mit der unteren Gehäusewandung 5 verbunden ist. Weiterhin ist ein Biegeabschnitt 9 erkennbar, der beispielsweise durch Vulkanisieren formschlüssig mit der Bodenplatte 8 verbunden ist. Auflastlagerseitig ist an dem Biegeabschnitt 9 ein zylinder- oder trommelförmig ausgestalteter Zentrierzapfen 10 angeformt. Der Zentrierzapfen ist an seinem auflastlagerseitigen Ende verjüngt und weist daher Einführschultern 11 auf, die das Einführen der Elastomerfeder 3 in die Schraubenfeder 1 erleichtern sollen. Der Zentrierzapfen 10 ist mittig zum Biegeabschnitt 9 ausgerichtet und weist eine auflastlagerseitig offene Ausnehmung 12 auf, die sich über den gesamten Zentrierzapfen 10 hinweg bis in den Biegeabschnitt 9 hinein erstreckt.

Die Ausnehmung 12 erhöht somit die Elastizität der Elastomerfeder 3, da sie die Schubfläche des Biegeabschnitts 9 und somit die Rückstellkraft der Elastomerfeder 3 in radialer Richtung verringert.

Die durch das Vorsehen der Ausnehmung 12 gleichzeitig auftretende und unerwünschte Schwächung des Zentrierzapfens 10 wird durch ein zweckgemäß ausgestaltetes Formteil 13 aufgefangen. Das Formteil 13 umfasst einen dünnen scheibenförmigen Rundabschnitt 14 sowie einen mittigen Rohansatz 15, durch den hindurch sich die Ausnehmung 12 in den Biegeabschnitt 9 hinein erstreckt. Dabei ist das Formteil 13 im Oberflächenbereich der Elastomerfeder angeordnet. Die zwischen der Oberfläche der Elastomerfeder 3 und dem Formteil 13 verbleibende Elastomerschicht 16 ist so dünn wie möglich, aber jedoch so dick ausgestaltet, dass die Schraubenfeder 1 dauerhaft verschleißfest angebunden ist.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Elastomerfeder 3 unter radialer Belastung in seitlich geschnittener Darstellung. Treten während des Fahrbetriebes Radialkräfte auf, werden diese von dem Auflastlageranschlussstück 4 über die Schraubenfeder 1 in den Biegeabschnitt 9 der Elastomerfeder 3 eingeleitet. Hierbei drücken die unteren Windungen der Schraubenfeder 1 zunächst gegen den Zentrierzapfen 10 sowie gegen den in dem Zentrierzapfen 10 einvulkanisierten Rohransatz 15 des Formteils 13. Da das Formteil 13 über seinen Rundabschnitt 14 formschlüssig mit dem Biegeabschnitt 9 verbunden ist, wird die von die Schraubenfeder 1 übertragene Radialkraft über das Formteil 13 vollständig in Form von Zugbeanspruchung in den Biegeabschnitt 9 der Elastomerfeder 3 eingeleitet, der sich daraufhin elastisch verformt.

Die Auslenkungen der Elastomerfeder 3 folgen somit einem radialen Versatz des Auflageanschlussstückes 4, so dass eine Querverschiebung der sich axial gegenüberliegenden Enden der Schraubenfedern und somit eine radiale Beanspruchung der Schraubenfeder 1 vermieden ist.

Die Elastomerfeder 3 weist neben ihren federnden auch dämpfende Eigenschaften auf. Vibrationen und Störgeräusche aufgrund dynamischer Belastungen im Bereich der Eigenfrequenz der Schraubenfeder 1 werden somit vermindert.

Die erfindungsgemäße Elastomerfeder 3 ermöglicht somit eine dauerhafte Verwendung von Stahlschraubenfedern in einem Motorlagern.

Claims (9)

1. Elastomerfeder zum Abstützen einer axial ausgerichteten Schraubenfeder, insbesondere in einem Motorlager, gekennzeichnet durch einen in die Schraubenfeder (1) einführbaren Zentrierzapfen (10) und einen unter Einwirkung von Radialkräften schubverformbaren Biegeabschnitt (9), wobei ein Formteil (13) zum Stabilisieren der Elastomerfeder (3) vorgesehen ist.

2. Elastomerfeder gemäß Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass der Zentrierzapfen (10) einstückig mit dem Biegeabschnitt (9) und im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, wobei an dem von dem Biegeabschnitt (9) abgewanden Ende sich nach außen hin verjüngende Einführschultern (11) vorgesehen sind.

3. Elastomerfeder gemäß Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass der Weg der zulässigen radialen Auslenkung der Elastomerfeder (3) größer als deren Höhe ist.

4. Elastomerfeder gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass in dem Zentrierzapfen (11) eine zylinderförmige Ausnehmung (12) vorgesehen ist, die sich über den gesamten Zentrierzapfen (11) hinweg bis in den Biegeabschnitt (9) hinein erstreckt.

5. Elastomerfeder gemäß Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, dass das Formteil (13) im Oberflächenbereich der Elastomerfeder (3) angeordnet ist und einen scheibenförmigen Rundabschnitt (14) im Randbereich sowie einen dazu zentralen, zylinderförmigen Rohransatz (15) umfasst, der sich im Wesentlichen im Zentrierzapfen (10) erstreckt.

6. Elastomerfeder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Formteil (13) der Oberflächenkontur der Elastomerfeder (3) folgend in dessen Oberflächenbereich erstreckt.

7. Elastomerfeder gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurchgekennzeichnet, dass das Formteil (13) als dünne Rundscheibe ausgestaltet ist und sich im Oberflächenbereich des Biegeabschnitts (9) erstreckt.

8. Elastomerfeder gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Formteil (13) im Randbereich des Biegeabschnitts (9) ringförmige Unterbrechungen aufweist.

9. Elastomerfeder gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Verhältnis der Steifigkeit der Elastomerfeder (3) in axialer Richtung zur Steifigkeit in radialer Richtung 20 : 1 beträgt.