DE102004008777A1

DE102004008777A1 - Festlager mit einem ortsfest zu lagernden starren Rahmen und einer an dem Rahmen gelagerten Federanordnung aus Elastomerwerkstoff

Info

Publication number: DE102004008777A1
Application number: DE200410008777
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: 2003-03-20
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: DE102004008777B4; DE20304481U1

Abstract

Ein elastisches Festlager (23) weist einen ortsfest zu lagernden starren Rahmen (2) und eine an dem Rahmen (2) gelagerte Federanordnung (4) aus Elastomerwerkstoff (3) auf, wobei der starre Rahmen einen abgelängten Abschnitt eines Leichtmetallstrangprofils (20) aufweist und wobei die Federanordnung (4) eine innerhalb einer Ausnehmung in dem Rahmen (2) angeordnete Lagerbuchse (22) für ein dynamisch beanspruchtes Funktionsteil elastisch abstützt. Der Rahmen (2) weist an seinem Außenumfang eine T-förmige Nut (24) zum verdrehsicheren Aufnehmen eines unrunden Kopfes (30) eines Befestigungselements auf, und die Federanordnung (4) stützt die Lagerbuchse (5) über Federarme (6) ab.

Description

Die Erfindung betrifft ein Festlager mit einem ortsfest zu lagernden starren Rahmen und einer an dem Rahmen gelagerten Federanordnung aus Elastomerwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Festlager, die für die Lagerung einer Abgasanlage an dem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sind.
Ein Festlager weist weißt im Gegensatz zu einem Pendellager, das pendelnd aufgehängt wird, einen Rahmen auf, der ortsfest angebracht wird. Bei einem starren Rahmen ist damit der gesamte Rahmen ortsfest.

Ein Festlager mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 196 54 189 A1 bekannt. Dieses Festlager nicht für die Lagerung einer Abgasanlage an dem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, sondern es dient beispielsweise als Motormontagesockel, Aufhängungslagerbuchse, Körpermontagesockel oder Differenzialmontagesockel für ein motorgetriebenes Kraftfahrzeug. Innerhalb des starren Rahmens, der als Abschnitt eines Leichtmetallstrangprofils ausgebildet ist, ist eine Federanordnung aus Elastomerwerkstoft gelagert, die eine Lagerbuchse für ein dynamisch beanspruchtes Funktionsteil elastisch abstützt. Die Ausnehmung, in der die Lagerbuchse durch die Federanordnung gegenüber dem Rahmen abgestützt wird, ist dabei kreisförmig, d.h. sie wird von einem Zylindermantelabschnitt des Rahmens begrenzt. Eine besondere Funktionalität weist der Rahmen bei dem bekannten elastischen Festlager daher nicht auf. Die Federanordnung des bekannten elastischen Festlagers ist eine Gummihülse, die mit ihrem Außenumfang an den Rahmen und mit ihrem Innenumfang an die Lagerbuchse anvulkanisiert ist. Obwohl die Funktionalität des Rahmen bei dem bekannten elastischen Festlager nur gering ist, muss er für die Ausbildung von Befestigungspunkten für seine ortsfeste Anbringung neben dem Ablängen eines Abschnitts von einem Leichtmetallstrangprofil weiter bearbeitet werden. Konkret müssen mindestens zwei Befestigungsbohrungen für seine ortsfeste Anbringung eingebracht werden.

Ein Festlager zur elastischen Lagerung von Abgasanlagen am Fahrzeugboden von Kraftfahrzeugen ist beispielsweise aus der US 4,550,795 bekannt. Die zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Abgasanlage notwendige Weichheit des Festlagers wird dabei durch Federarme, die zwischen dem auch hier starr ausgebildeten Rahmen und der einstöckig mit den Federarmen aus Elastomerwerkstoff ausgebildeten Lagerbuchse für die Abgasanlage verlaufen, erreicht. Der starre Rahmen des aus der US 4,550,795 bekannten elastischen Festlagers ist ein aus massivem Material gebogener, oben offener Metallbügel mit Befestigungsbohrungen in seinen beiden Endbereichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Festlager nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 aufzuzeigen, das für die Lagerung einer Abgasanlage an dem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs geeignet ist und trotz hoher Leistungsfähigkeit kostengünstig herstellbar ist.

LÖSUNG

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Festlager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des neuen Festllagers sind in den Schutzansprüchen 2 bis 10 beschrieben.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Zur Herstellung des starren Rahmens des neuen Festlagers reicht es aus, ein Leichtmetallstrangprofil in der Länge der gewünschten Tiefe des starren Rahmens abzulängen. Irgendwelche weitergehenden Bearbeitungen des Abschnitts des Leichtmetallprofils, bis vielleicht auf ein Entgraten oder Reinigen und eine chemische Oberflächenbehandlung für ein Anvulkanisieren des Elastomerwerkstoffs müssen nicht stattfinden. Alle notwendigen Funktionalitäten des Rahmens werden ausschließlich durch das Leichtmetallprofil vorgegeben. Dennoch ist hier viel mehr an Funktionalitäten realisierbar, als im Stand der Technik von Festlagern bei dem starren Rahmen bislang ausgenutzt wurde. So ergibt sich ein Festlager, das vergleichsweise sehr kostengünstig herstellbar ist, ohne dass dabei Abstriche bei der Leistungsfähigkeit des Festlagers gemacht werden müssen.

Leichtmetallstrangprofile sind bereits bei relativ geringem Gewicht sehr formsteif ausbildbar. Durch die Gestaltungsfreiheiten innerhalb der Querschnittsebene des Strangprofils können dem starren Rahmen bei dem neuen Festlager hohe Funktionalitäten zugeordnet werden. Auch Variationen dieser Funktionalitäten sind mit nur vergleichsweise geringen Kosten realisierbar. Typischerweise ist der Kostenaufwand für eine neue Spritzscheibe für die Herstellung eines Leichtmetallstrangprofils um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Kosten für ein neues Formspritzwerkszeug zum dreidimensionalen Formspritzen. Eine Profilierung des Rahmens des neuen Festlagers, um seine Formsteifigkeit weiter zu steigern, erweist sich als unnötig.

Für seine Montage weist der Rahmen des neuen Festlagers an seinem Außenumfang eine T-förmige Nut zum verdrehsicheren Aufnehmen eines unrunden Kopfs eines Befestigungselements auf. Das Befestigungselement kann beispielsweise eine Befestigungsschraube sein. Die Befestigungsschraube kann einen üblichen sechseckigen Schraubenkopf haben, der in die T-förmige Nut seitlich und verdrehgesichert einschiebbar ist. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Schraube eine Hammerkopfschraube mit rechteckigen Abmessungen ist. Die T-förmige Nut wird in jedem Fall bereits durch das Leichtmetallstrangprofil ausgebildet.

Der Rahmen kann an seinem Außenumfang weiterhin mindestens einen Führungssteg aufweisen, um ihn in einer Einbausituation an einer Führung definiert auszurichten. Insbesondere kann auf beiden Seiten der Nut jeweils ein parallel zu der Nut verlaufender Führungssteg vorgesehen sein.

Besonders bevorzugt ist es, wenn am Außenumfang des Rahmens in den Bereichen auf beiden Seiten der Nut eine Anlagefläche ausgebildet ist und wenn der Rahmen zwischen der Anlagefläche und dem jeweiligen über die Anlagefläche vorstehenden Führungssteg unter das Niveau der Anlagefläche verspringt. Dieser Versprung des Rahmens kann mit dem Elastomerwerkstoff aufgefüllt sein, der auch die Federanordnung ausbildet und der überdies einen Korrosionsschutzüberzug für den Rahmen bereitstellen kann. Durch die Auflagefläche des Rahmens und die angrenzenden Bereiche des Elastomerwerkstoffs zwischen den Führungsstegen wird so insgesamt ein Anlagebereich des neuen Festlagers definiert, der die Sicherstellung eines dauerhaft spiegelfreien Sitzes des Festlagers einfach macht.

Das Leichtmetallstrangprofil ist typischerweise ein Aluminiumstrangguss- oder Aluminiumsstrangpressprofil. Die genaue Legierungszusammensetzung kann sich dabei im Rahmen des Üblichen bewegen.

Durch Federarme aus Elastomerwerkstoff, mit denen die Federanordnung die Lagerbuchse für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil innerhalb der Ausnehmung gegenüber dem starren Rahmen elastisch abstützt, ist das neue Festlager auf die besonderen Anforderungen an die Aufhängung einer Abgasanlage am Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs abgestimmt.

Insbesondere, wenn die Lagerbuchse einstückig mit den Federarmen aus Elastomerwerkstoff ausgebildet ist, können Anschläge für die Lagerbuchse an dem Rahmen durch Bereiche des Leichtmetallstrangprofils ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein solcher Anschlag durch die untere Begrenzung der Nut gebildet werden.

Als Elastomerwerkstoff wird bei dem neuen Festlager Silikonkautschuk bevorzugt, wenn dieses, wie bei der Aufhängung einer Abgasanlage, vergleichsweise hohen Temperaturen ausgesetzt ist und dabei dennoch seine volle Funktion beibehalten soll.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elastischen Lagers.
2 zeigt eine isolierte perspektivische Ansicht des starren Rahmens des elastischen Lagers gemäß 1; und
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselements für den starren Rahmen des elastischen Lagers gemäß 3.
FIGURENBESCHREIBUNG
Ein in 1 dargestelltes elastisches Lager 1 weist einen in 2 separat dargestellten starren Rahmen 2 auf, der zu großen Teilen in Elastomerwerkstoff 3 eingebettet ist. Der Elastomerwerkstoff 3 bildet dabei eine Federanordnung 4 aus, welche eine ebenfalls aus dem Elastomerwerkstoff 3 ausgebildete Lagerbuchse 22 gegenüber dem starren Rahmen 2 elastisch abstützt. Die Federanordnung 4 weist dazu zwei sich seitlich von der Lagerbuchse 5 erstreckende Federarme 6 auf, die an dem starren Rahmen 2 angreifen. Die Lagerbuchse 22 ist für einen Lagerbolzen eines dynamisch beanspruchten Funktionsteils vorgesehen, beispielsweise eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs. Da im Bereich einer solchen Abgasanlage erhöhte Temperaturen auftreten, muss der Elastomerwerkstoff 3 thermisch möglichst stabil sein. Er ist hierzu typischerweise aus Silikonkautschuk 8 ausgebildet, der die erforderliche thermische Stabilität aufweist. Die Ausbildung der Lagerbuchse 22 aus Elastomerwerkstoff 3 stellt eine spielfreie Aufnahme von Lagerbolzen mit unterschiedlichem Außendurchmesser innerhalb eines Toleranzbereichs sicher. Es kommt insbesondere nicht zu Relativbewegungen einer Innenoberfläche der Schwenklagerbuchse gegenüber einer Außenoberfläche des jeweiligen Lagerbolzens. Der in 2 separat dargestellten Rahmen 2 dient als Verliersicherung, die auch beim Ausfall der Federanordnung 4, d.h. beispielsweise beim Reißen eines der Federarme 6, ein Herabfallen des in der Lagerbuchse 22 angeordneten Lagerbolzens nach unten verhindert. Weiterhin bildet der starre Rahmen 2 einen oberen Anschlag 18 und einen unterer Anschlag 19 für die Lagerbuchse 22 aus. Bei den Anschlägen 18 und 19 handelt es sich harte, d.h. nicht gepufferte Anschläge für die Lagerbuchse 22. Dies ist jedoch unkritisch, weil die Lagerbuchse 22 selbst aus Elastomerwerkstoff 3 ausgebildet ist und somit automatisch weich an den Anschlägen 18 und 19 anschlägt. Die weitgehende Einbettung des Rahmens 2 in den Elastomerwerkstoff 3 gemäß 1 hat weniger eine Pufferfunktion für den Rahmen 2 als eine Korrosionsschutzfunktion. Zur Herstellung des starren Rahmens 2 gemäß 2 wird ein Aluminiumstranggussprofil 20 unter Verwendung einer Spritzscheibe hergestellt, deren Ausgangsquerschnitt einer Negativform des in 2 dargestellten Querschnitts des Rahmens 2 entspricht. Dieses Aluminiumstranggussprofil wird in Abschnitte 21 abgelängt, die jeder einem starren Rahmen 2 gemäß 2 entsprechen. Dabei kann durch Variationen der Spritzscheibe der Querschnitt des Rahmens 2 variiert werden, ohne dass hierdurch hohe Kosten anfallen. Die Variationen können innerhalb des Innenvolumens eines Vulkanisierwerkzeugs erfolgen, in dem der Elastomerwerkstoff 3 an den Rahmen 2 anvulkanisiert wird und bei dem Änderungen typischerweise Kosten verursachen, die um eine Größenordnung höher liegen als Änderungen an der Spritzscheibe für das Aluminiumstranggussprofil 20. Eine andere Weiterverarbeitung des Aluminiumstranggussprofils 20 oder eines anderen Leichtmetallstrangprofils als das Ablängen in Abschnitte 21 wird zur Herstellung des Rahmens 2 nicht durchgeführt. Dies schließt natürlich nicht ein Entgraten und/oder ein Reinigen der Abschnitte 21 und eine chemische Oberflächenvorbehandlung für das Anvulkanisieren des Elastomerwerkstoffs 3 aus.
Bei dem in 1 wiedergegebenen elastischen Lager 1 handelt es sich um ein Festlager 23, bei dem der starre Rahmen 2 zur ortsfesten Anbringung vorgesehen ist. Wenn das Festlager 23 zur Lagerung einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, erfolgt die ortsfeste Anbringung hängend am Fahrzeugboden oder stehend auf einem vom Fahrzeugboden abstehenden Träger. Für die ortsfeste Anbringung weist der Rahmen 2, der in 2 separat dargestellt ist, eine T-förmige Nut 24 auf. Die T-förmige Nut 24 ist zur Aufnahme eines Kopfs 30 einer Befestigungsschraube 29 vorgesehen, die in 3 wiedergegeben ist. Der Kopf 30 weist rechteckige Abmessungen auf und wird von der Nut 24 verdrehsicher aufgenommen, wobei das Gewinde der Befestigungsschraube 29 von dem Rahmen 2 absteht. Durch die rechteckige Form des Kopfes 30 wird dieser so in der Nur 24 geführt, dass übermäßige Flächenpressungen zwischen dem Kopf 30 und dem die Nut 24 begrenzenden Aluminiumstranggussprofil 20 beim Anziehen der Befestigungsschraube 29 vermieden werden. Zum Schutz vor Korrosion können die Befestigungsschraube 29 mit dem Kopf 30 und eine zugehörige, hier nicht dargestellte Mutter aus rostfreiem Edelstahl ausgebildet sein. Die Befestigungsschraube 29 ist als einziges Befestigungselement für das Festlager 23 vorgesehen und mit geringem Aufwand zur Demontage des Festlagers 23, beispielsweise um dieses oder eine von diesem gelagerte Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs auszutauschen, zerstörungsfrei lösbar. Um dennoch eine vollständige Lagestabilität des montierten Festlagers 23 sicherzustellen, sind beiderseits der Nut 24 Führungsstege 25 vorgesehen, die als Teile des Rahmens 2 von seinem Außenumfang abstehen. Die Führungsstege 25 verlaufen parallel zu der Nut 24 und sind gemeinsam mit der Nut 24 bei der Herstellung des Aluminiumstranggussprofils 20 ausgeformt worden. Um die Position des Festlagers 23 auch in Querrichtung zu der Nut 24 und den Führungsstegen 25 zu definieren, können an dem jeweiligen Gegenstück beispielsweise endseitig begrenzte Vertiefungen zur Aufnahme der Führungsstege 25 vorgesehen sein. Unmittelbar an die Öffnung der Nut 24 angrenzend bildet der Rahmen 2 an seinem Außenumfang eine Anlagefläche 26 aus, die bei dem Festlager 23 gemäß 1 nicht oder nur dünn mit dem Elastomerwerkstoft 3 überzogen ist. Kein oder nur ein Überzug aus Elastomerwerkstoff 3 reduzierte Dicke ist auch im Bereich der Nut 24 und der Führungsstege 25 vorgesehen. Zwischen der Anlagefläche 26 und den Führungsstegen 25 verspringt der Außenumfang des Rahmens jedoch unter das Niveau der Anlagefläche 26 und dieser Versprung 27 ist bei dem Festlager 23 gemäß 1 mit Elastomerwerkstoff 3 aufgefüllt. Hierdurch wird ein Anlagebereich 28 ausgebildet, der sich beiderseits der Öffnung der Nut bis zu den Führungsstegen 25 erstreckt, der mit der Anlagefläche 26 einen harten Kernbereich und der daran angrenzend einen weicheren Anpassbereich aus dem Elastomerwerkstoft 3 umfasst. Eine Unterlegscheibe ist für die sichere Montage des Festlagers 23 mit der Befestigungsschraube 29 nicht erforderlich. Die Begrenzung der Nut 24 zu der Ausnehmung 26 des Rahmens 2 hin bildet den oberen Anschlag 18 für die Lagerbuchse 22 aus. Der untere Anschlag 19 wird durch eine nach außen gerichtete Auswölbung des Rahmens 2 gebildet, an die die Lagerbuchse 22 mit ihrem Außenumfang flächig anschlägt, wenn der Arbeitsbereich des Festlagers 23 gemäß 1 überschritten wird. Bezogen auf seine Leistungsfähigkeit zeichnet sich das Festlager 23 durch besonders kompakte Gesamtabmessungen aus.
Die Anordnung der Federarme 6 bei dem elastischen Festlager 23 könnte auch anders aussehen. So könnten beispielsweise vier Federarme vorgesehen sein, die sich auf beiden Seiten der Lagerbuchse 22 schräg nach oben und schräg nach unten erstrecken. Die Federarme müssen ebenso wenig zwingend gerade sein. Sie können auch einen gekrümmten oder geknickten Verlauf aufweisen. Zumindest für die Aufhängung einer Abgasanlage an dem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs ist es aber nicht günstig, wenn die Federarme 6 im Wesentlichen nur in Richtung der dynamischen Hauptbelastung des Festlagers 23, d.h. von oben nach unten bzw. von unten nach oben, zu der Lagerbuchse 22 für das dynamisch beanspruchte Funktionsteil verlaufen.

1: Lager
2: Rahmen
3: Elastomerwerkstoff
4: Federanordnung
6: Federarm
8: Silikonkautschuk
18: Anschlag
19: Anschlag
20: Aluminiumstranggussprofil
21: Abschnitt
22: Lagerbuchse
23: Festlager
24: Nut
25: Führungssteg
26: Anlagefläche
27: Versprung
28: Anlagebereich
29: Befestigungsschraube
30: Kopf

Claims

Festlager mit einem ortsfest zu lagernden starren Rahmen und einer an dem Rahmen gelagerten Federanordnung aus Elastomerwerkstoff, wobei der starre Rahmen einen abgelängten Abschnitt eines Leichtmetallstrangprofils aufweist und wobei die Federanordnung eine innerhalb einer Ausnehmung in dem Rahmen angeordnete Lagerbuchse für ein dynamisch beanspruchtes Funktionsteil elastisch abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) an seinem Außenumfang eine T-förmige Nut (24) zum verdrehsicheren Aufnehmen eines unrunden Kopfs (30) eines Befestigungselements aufweist.
Festlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (30) des Befestigungselements rechteckige Abmessungen aufweist.
Festlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungselement eine einzige Befestigungsschraube (29) vorgesehen ist,.
Festlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (2) an seinem Außenumfang mindestens einen Führungssteg (25) aufweist.
Festlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Nut (24) jeweils ein parallel zu der Nut (24) verlaufender Führungssteg (25) vorgesehen ist.
Festlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenumfang des Rahmens (2) zwischen den Führungsstegen (25) in Bereichen auf beiden Seiten der Nut (24) eine Anlagefläche (26) ausgebildet ist und dass der Rahmen (2) zwischen der Anlagefläche (26) den über die Anlagefläche (26) vorstehenden Führungsstegen (25) einen Versprung (27) unter das Niveau der Anlagefläche (26) aufweist, der mit Elastomerwerkstoff (3) aufgefüllt ist.
Festlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetallstrangprofil ein Aluminiumstranggussprofil (20) oder ein Aluminiumstrangpressprofil ist.
Festlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (4) die Lagerbuchse (5) über Federarme (6) abstützt.
Festlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (22) aus Elastomerwerkstoff (3) ausgebildet ist und Anschläge (18, 19) für die Lagerbuchse (5) an dem Rahmen (2) durch Bereiche des Leichtmetallstrangprofils (20) ausgebildet sind.
Festlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerwerkstoff (3) Silikonkautschuk (8) ist.