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Die Erfindung betrifft ein Lager mit einem Innenteil, einer zum Innenteil radial außen liegenden Käfigeinrichtung, sowie einer das Innenteil und die Käfigeinrichtung verbindende Elastomertragfeder, und einer Außenhülse, wobei zwischen dem Innenteil und der Außenhülse zumindest zwei, über zumindest einen Kanal verbundene Flüssigkeitskammern gebildet sind, wobei ein Mittel vorgesehen ist, das zwischen dem Innenteil und der Außenhülse angeordnet ist zum Beschränken des Federwegs des Lagers in radialer Richtung.
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Solche Lager werden beispielsweise als Buchsenlager zur Lagerung der Lenker von Fahrwerksaufhängungen bei Kraftfahrzeugen verwendet. Um insbesondere in vorgegebenen Anregungsfrequenz- bzw. Amplitudenbereichen eine stärkere Dämpfung bereitzustellen, als sie mit einer reiner Elastomerdämpfung vertretbar zu erreichen ist, reagiert das gattungsbildende Lager auf entsprechende Anregungen mit hydraulischer Dämpfungsarbeit. Hierzu sind die zumindest zwei Flüssigkeitskammern so ausgebildet, dass bei einer Auslenkung der Käfigeinrichtung gegenüber dem Innenteil das Volumen einer Flüssigkeitskammer verringert wird, während das Volumen der anderen Flüssigkeitskammer zunimmt. Die Flüssigkeit strömt über den Kanal von der kleiner werdenden Kammer in die größer werdende Kammer ein, wodurch die hydraulische Dämpfungsarbeit geleistet wird. Ein derartiges Lager wird auf dem Gebiet auch als Hydrolager bezeichnet.
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Bei herkömmlichen Hydrolagern ist zur Beschränkung der Lagerauslenkung in der Regel ein Anschlag vorgesehen. Dieser Anschlag begrenzt den Federweg und verhindert dadurch eine ansonsten unter Umständen auftretende zu starke Verformung bzw. Überdehnung der Elastomertragfeder, die zu einer Zerstörung des Lagers führen könnte. Die Verwendung von derartigen Anschlägen in einem gattungsgemäßen Lager weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise können im Bereich des Anschlags hohe Flächenbelastungen auftreten, welche die Standfestigkeit des Lagers vermindern. Durch den Freiweg des Anschlags sind stoßbehaftete Kräfte im Lager aufzunehmen, welche besondere konstruktive Maßnahmen erfordern.
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Ein gattungsgemäßes Lager, in dem Anschläge zum Begrenzen des radialen Federwegs vorgesehen sind, ist in dem Dokument
EP 1348885 A1 offenbart.
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Ein gattungsgemäßes Lager, in dem der radiale Federweg durch ein Federpaket zwischen Innenteil und Außenhülse begrenzt ist, ist in dem Dokument
JP 04296235 A offenbart.
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Insofern liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager dahingehend zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile eines solchen Lagers zumindest teilweise behoben werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lager zeichnet sich dadurch aus, dass als Mittel zum Beschränken des Federwegs zumindest ein Progressionsfederpaket vorgesehen ist, welches radial vorgespannt ist und welches sich zwischen dem Innenteil und der Außenhülse abstützt, wobei sich die Querausdehnfähigkeit des Elastomers des Progressionsfederpakets mit der Auslenkung des Lagers in radialer Richtung vermindert.
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Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht, dass ohne die Verwendung eines Anschlags eine wirkungsvolle und weich einsetzende Beschränkung des Federwegs in radialer Richtung bereitgestellt werden kann. Die Ausdehnfähigkeit des Elastomers des Progressionsfederpakets in einer Richtung senkrecht zur Achse des Lagers mit zunehmender Auslenkung des Lagers in radialer Richtung kann insbesondere dadurch vermindert werden, dass sich die Freiflächen des Elastomers des Progressionsfederpakets mit der Auslenkung des Lagers verringern. Als Resultat erhöht sich die Federrate des Lagers in radialer Richtung, das Lager wird härter mit zunehmender Auslenkung.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßigerweise ist das zumindest eine Progressionsfederpaket ein von der Elastomertragfeder körperlich getrennt hergestelltes Teil, welche im zusammengebauten Zustand einander berühren können. Dabei kann das Progressionsfederpaket selbst wieder mehreren Teilen bestehen.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn das zumindest eine Progressionsfederpaket innerhalb des Lagers befestigt ist, insbesondere wenn das Progressionsfederpaket nicht zwischen dem Innenteil und der Außenhülse vorgespannt ist. Beispielsweise kann das Progressionsfederpaket an dem Elastomer-belegten Innenteil befestigt sein, insbesondere durch die Gestaltung eines Formschlusses oder einer Verklebung zwischen den Teilen.
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Dadurch, dass das zumindest eine Progressionsfederpaket radial vorgespannt ist, kann die Progression des Federpakets in radialer Richtung zur Beschränkung der Auslenkung der Feder in radialer Richtung eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Vorspannung des Progressionsfederpakets verhindern, dass bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung die Elastomertragfeder sich an der gegenüber liegenden Seite der Auslenkung von der Außenhülse abhebt. Die Vorspannung kann dabei auf den erlaubten maximalen Federweg eingestellt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass in jeder Betriebsstellung des Lagers die Elastomertragfeder an der inneren Oberfläche der Außenhülse des Lagers anliegt. Ferner wird damit das Aneinanderschlagen von Teilen des Lagers beim Betrieb sicher ausgeschlossen.
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Zur Einstellung der Progression des Progressionsfederpakets mit der Auslenkung des Lagers in radialer Richtung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Progressionsfederpaket in axialer Richtung benachbarte und beabstandete Oberflächen aufweist, welche bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung in Kontakt geraten. Durch diesen Kontakt erniedrigen sich die Freiflächen und damit die Querausdehnfähigkeit des Elastomers und insofern erhöht sich die Federrate. Letztlich kann durch diese konstruktive Maßnahme erreicht werden, dass bei einer vorgegebenen maximalen Auslenkung in radialer Richtung keine Freiflächen des Elastomers des Progressionsfederpakets mehr vorliegen und insofern das Progressionsfederpaket hier wie ein mechanischer Anschlag arbeitet, eine weitere Auslenkung des Lagers wird verhindert.
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Zweckmäßigerweise können die in axialer Richtung benachbarten und beabstandeten Oberflächen an dem zumindest einen Progressionsfederpaket durch einen radial verlaufenden Einschnitt in das Elastomermaterial des Progressionsfederpakets gebildet sein. Grundsätzlich sind dabei eine Vielzahl von möglichen Geometrien möglich, insbesondere ein V-förmiger, ein U-förmiger oder auch ein rechteckförmiger Einschnitt, wobei dieser Einschnitt zweckmäßigerweise von außen nach innen verläuft.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Querausdehnfähigkeit des Elastomers des Progressionsfederpakets mit der radialen Auslenkung des Lagers auch durch eine Wechselwirkung des Progressionsfederpakets mit der Elastomertragfeder vermindert wird. In diesem Fall verringern sich die Freiflächen des Elastomers des Progressionsfederpakets mit steigender Auslenkung des Lagers in radialer Richtung dadurch, dass das Progressionsfederpaket gegen Teile der Elastomertragfeder anstößt. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, wenn eine axial außen liegende Oberfläche des Progressionsfederpakets in einer Flüssigkeitskammer liegt, wobei bei Nichtauslenkung des Lagers zu dieser Oberfläche eine axial beabstandete Flüssigkeitskammerwand benachbart ist, und bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung die außen liegende Oberfläche des Progressionsfederpakets mit der Flüssigkeitskammerwand in Kontakt gerät. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Kontaktfläche des Progressionsfederpakets mit der Flüssigkeitskammerwand mit zunehmender Auslenkung des Lagers zunimmt, wodurch die Progression des Progressionsfederpakets einstellbar ist.
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Zweckmäßigerweise kann am radialen Ende des Einschnittes im Elastomermaterial des Progressionsfederpakets ein als Volumenbegrenzer wirkendes Element vorgesehen sein, welches die Lücke zwischen den benachbarten Oberflächen über eine vorgegebene radiale Erstreckung ausfüllt. Damit kann einerseits die Freifläche des Progressionsfederpakets im Bereich des Einschnitts eingestellt werden, darüber hinaus kann auch durch eine entsprechende Gestaltung der radial innen liegenden Oberfläche des Elements ein vorgegebenes Abrollen des Elastomermaterials des Progressionsfederpakets bei der Auslenkung des Lagers in radialer Richtung eingestellt werden.
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Sowohl das Innenteil als auch die Käfigeinrichtung können zur Bereitstellung einer vorgegebenen Festigkeit aus Metall hergestellt werden. Das Progressionsfederpaket umfasst wie die Tragfeder ein Elastomermaterial, insbesondere ein Gummimaterial.
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Um die Betriebsfestigkeit des erfindungsgemäßen Lagers auch beim Auftreten von kardanischen Auslenkungen des Lagers zu erhöhen, d. h. bei Auslenkungen, die zu einer Verkippung des Lagers zu der Lagerachse in Ruhestellung führen, kann vorgesehen sein, dass das Innenteil eine zylinderförmige Grundstruktur mit einer vorgegebenen Balligkeit aufweist. Stützt sich das zumindest eine Progressionsfederpaket in einem Bereich an dem Innenteil ab, welcher aufgrund der Balligkeit gekrümmt verläuft, wird bei einer kardanischen Auslenkung die Druckfläche zwischen Innenteil und Progressionsfederpaket kaum vermindert und insofern werden keine punktuellen Belastungen auftreten, wie es ansonsten bei einem Innenteil mit ideal zylinderförmiger Grundstruktur der Fall wäre.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lager kann das zumindest eine Progressionsfederpaket auch außerhalb der zumindest zwei Flüssigkeitskammern liegen. Insofern kann es zweckmäßig sein, wenn ein Progressionsfederpaket an einem axialen Ende des Lagers angeordnet ist, derart, dass es außerhalb des hydraulischen Teils des Lagers liegt. In diesem Fall verringert sich der Aufwand beim Zusammenbau, beispielsweise kann das Progressionsfederpaket so ausgebildet sein, dass es ein axiales Ende des Innenteils umgreift und auf das Innenteil aufgeschoben wird.
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Um auch bei einem derartigen, externen Progressionsfederpaket ein Zusammenwirken mit der Elastomertragfeder zur Einstellung einer Progression des Progressionsfederpakets zu erreichen, kann die Geometrie der Tragfeder wieder an die des Progressionsfederpakets angepasst sein. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn bei Nichtauslenkung des Lagers zu einer axial außen liegenden Oberfläche des Progressionsfederpakets eine axial beabstandete Flüssigkeitskammerwand benachbart ist, und bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung die außen liegende Oberfläche des Progressionsfederpakets mit der äußeren Oberfläche der Flüssigkeitskammerwand in Kontakt gerät. Dabei ist es auch bei dieser konstruktiven Gestaltung vorteilhaft, wenn das Lager so gestaltet ist, dass die Kontaktfläche mit zunehmender Auslenkung des Lagers in radialer Richtung zunimmt, sodass die sich Freifläche des Elastomers des Progressionsfederpakets verkleinert und damit sich die Federrate erhöht.
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Die Betriebsfestigkeit des erfindungsgemäßen Lagers kann weiter erhöht werden, wenn zumindest eine in der Elastomertragfeder gebildete Flüssigkeitskammerwand eine Erstreckungskomponente in axialer Richtung aufweist und das Lager axial vorgespannt ist.
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Mit der Vorspannung des Lagers ist damit auch Flüssigkeitskammerwand vorgespannt. Diese konstruktive Maßnahme hat zur Folge, dass insbesondere bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung Zugbelastungen auf die Flüssigkeitskammerwand vermindert werden, da durch die axiale Vorspannung des Lagers auch die Flüssigkeitskammer vorgespannt ist.
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Dabei kann es auch vorteilhaft sein, wenn sich die Flüssigkeitskammerwand am Innenteil konusartig erstreckt, sodass durch die axiale Vorspannung des Lagers die konusförmige Flüssigkeitskammerwand symmetrisch über den gesamten Umfang des Lagers vorgespannt ist.
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Um die axiale Vorspannung des Lagers zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Käfigeinrichtung zumindest zwei axial ausgerichtete und axiale beabstandete Käfigringe aufweist, welche durch Anvulkanisieren mit der Elastomertragfeder verbunden sind. Darüber hinaus kann die Elastomertragfeder in gleicher Weise mit dem Innenteil verbunden sein, sodass die beispielsweise zweigeteilte Käfigeinrichtung, die Elastomertragfeder und das Innenteil einen Lagergrundkörper bilden.
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Zur Verbesserung der Abstützung des Progressionsfederpakets an der Außenhülle bzw. dem Innenteil des Lagers kann vorgesehen sein, dass an den radialen Enden des zumindest einen Progressionsfederpakets Anlageelemente angeordnet sind. Diese Anlageelemente können mit Elastomermaterial des Progressionsfederpakets haftend verbunden oder von diesem umgeben sein. Im letzten Fall werden die Anlageelemente im Folgenden auch als Einlegeelemente bezeichnet.
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Um das zumindest eine Progressionsfederpaket relativ zum Innenteil des Lagers im zusammengebauten Zustand zu fixieren, kann vorgesehen sein, dass das Innenteil im Bereich eines durch die Balligkeit hervorgerufenen Bauchabschnittes eine umfängliche Nut aufweist, in welche ein radial innen liegendes Anlageteil des zumindest einen Progressionsfederpakets eingreift. Dabei kann es auch zweckmäßig sein, wenn das Anlageteil eine Oberfläche aufweist, welche mit der Krümmung des Bauchabschnitts des Innenteils übereinstimmt und mit dieser im zusammengefügten Zustand zur Deckung gebracht ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei einer kardanischen Auslenkung des Lagers sich die Druckfläche zwischen dem zumindest einen Progressionsfederpaket und dem Innenteil kaum verändert, sodass Druckspitzen während des Betriebs vermieden werden können. Ferner wird dadurch eine besonders Material schonende Abrollung des Elastomers bei Krafteinwirkungen erreicht.
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Eine ähnliche, vorteilhafte Maßnahme ist auch mit einem radial außen liegenden Anlageteil des zumindest einen Progressionsfederpakets zweckmäßig. In diesem Fall weist das radial außen liegende Anlageteil eine Oberfläche auf, welche mit der Krümmung des Bauchabschnitts des Innenteils übereinstimmt. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft beim Auftreten von kardanischen Auslenkungen des Lagers ist es dabei, wenn die gekrümmte Oberfläche des Anlageteils zur Krümmung des Bauchabschnitts des Innenteils parallel verläuft.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn das Progressionsfederpaket ein Einzelteil umfasst, das an dem Lagergrundkörper anbringbar ist, welcher die durch Vulkanisieren verbundenen Teile, Innenteil, Käfigeinrichtung und Elastomertragfeder umfasst.
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Um zu erreichen, dass das zumindest eine Progressionsfederpaket über einen vorgegebenen Umfangsbereich des Lagers eine Auslenkungsbeschränkung bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass das Progressionsfederpaket eine vorgegebene axiale und umfängliche Erstreckung aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwei sich gegenüberliegend angeordnete Progressionsfederpakete umfasst sind, welche sich zusammen über einen Großteil des Umfangs des Lagers erstrecken. Je nach spezieller Ausführungsform können auch noch weitere derartige Progressionsfederpakete vorgesehen sein, die beispielsweise umfänglich beabstandet zueinander angeordnet sein können, um ein möglichst symmetrisches Antwortverhalten des Lagers um dessen Achse bei Auslenkungen in radialer Richtung zu erreichen. Dabei kann es auch zweckmäßig sein, mehr als zwei Flüssigkeitskammern einschließlich der entsprechenden Kanäle zwischen den Kammern vorzusehen.
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Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers, bei welchem sowohl das zumindest eine Progressionsfederpaket radial als auch die Elastomertragfeder in axialer Richtung vorgespannt sind, sind zweckmäßigerweise besondere konstruktive Gestaltungen vorgesehen, um den Zusammenbau des Lagers, insbesondere das Aufschieben der Außenhülse zu erleichtern. Die speziellen Maßnahmen hängen davon ab, ob beim Zusammenbau zuerst das zumindest eine Progressionsfederpaket vorgespannt und nachfolgend die Elastomertragfeder vorgespannt wird, oder ob beim Zusammenbau umgekehrt verfahren wird.
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Im ersten Fall kann es zweckmäßig sein, wenn eine Progressionsfederpaket zumindest zwei axial beabstandete Anlageflächen aufweist, deren jeweiliger normaler Vektor im Wesentlichen radial verläuft, und der Lagergrundkörper zwei axial beabstandete Anlageflächen aufweist, deren jeweiliger normaler Vektor im Wesentlichen radial verläuft, wobei jeweils eine Anlagefläche des Progressionsfederpakets mit einer Anlagefläche des Lagergrundkörpers zum Fixieren des unter radialer Vorspannung erhaltenen Progressionsfederpakets relativ zum Lagergrundkörper zusammenwirkt. Durch die beschriebene konstruktive Gestaltung wird erreicht, dass beim Zusammenbau des Lagers das Mittel, welches die radiale Kraft auf das Progressionsfederpaket erzeugt, entfernt werden kann, sobald die zugeordneten Anlageflächen von Progressionsfederpaket und Lagergrundkörper aneinander liegen und das axiale Kraftmittel zum Vorspannen der Elastomertragfeder wirkt.
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Im zweiten Fall ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass ein Progressionsfederpaket zumindest zwei axial beabstandete Anlageflächen aufweist, deren jeweiliger Normalenvektor im Wesentlichen axial verläuft und der Lagergrundkörper zwei axial beabstandete Anlageflächen aufweist, deren jeweiliger Normalenvektor im Wesentlichen axial verläuft, wobei jeweils eine Anlagenfläche des Progressionsfederpakets mit einer Anlagefläche des Lagergrundkörpers zum Fixieren des unter axialer Vorspannung erhaltenen Lagergrundkörpers relativ zum Progressionsfederpaket zusammenwirkt. In diesem Fall kann das Kraftmittel zum Vorspannen des Lagergrundkörpers entfernt werden, wenn die jeweiligen Anlageflächen des Progressionsfederpakets und des Lagergrundkörpers zur Anlage gebracht sind und das Kraftmittel zum Aufbringen einer radialen Vorspannung auf das Progressionsfederpaket wirkt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Lagergrundkörper zwei axial beabstandete, umfänglich verlaufende Stege aufweist, welche jeweils mit einer umfänglich verlaufenden Nut am Progressionsfederpaket zum Fixieren des unter axialer Vorspannung erhaltenen Lagergrundkörpers relativ zum Progressionsfederpaket zusammenwirkt. Der Fachmann erkennt, hier die Anordnung von Nut und Steg ausgetauscht werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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1a eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers in einer perspektivischen Ansicht,
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1b das in 1a gezeigte erfindungsgemäße Lager in einem aufgeschnittenen Zustand,
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2 das Innenteil sowie die radial außen liegende Käfigeinrichtung des in 1a gezeigten erfindungsgemäßen Lagers,
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3 den Lagergrundkörper des in 1a dargestellten Lagers,
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4a eine Progressionsfeder des in 1a gezeigten Lagers in einer perspektivischen Aufsichtansicht,
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4b die in 4a dargestellte Progressionsfeder in einer perspektivischen Bodenansicht,
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5a einen Weg- oder Volumenbegrenzer für die in den 4a, b dargestellte Progressionsfeder,
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5b das in der Progressionsfeder radial innen liegende Einlegeteil,
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5c das in der Progressionsfeder radial außen liegende Einlegeteil,
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6 den in 3 dargestellten Lagergrundkörper mit zwei angelegten Progressionsfederpaketen,
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7 die in 6 dargestellten Teile in einer aufgeschnittenen Darstellung,
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8 das in 1 dargestellte Lager ohne Außenhülse,
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9 ausschnittsweise die Montage eines Lagers gemäß 1,
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10 ausschnittsweise die Montage einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers,
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11 ausschnittsweise die Montage einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers,
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12 das in 1b dargestellte Lager in einer Vollschnittdarstellung mit einer Auslenkung in radialer Richtung,
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13 das in 1b dargestellte Lager in einer Vollschnittdarstellung mit einer kardanischen Auslenkung zeigt.
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Die 1a, b zeigen in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes Buchsenlager 1, wie es zur Lagerung eines Lenkers von Fahrwerksaufhängungen bei Kraftfahrzeugen oder Motorlagern zum Einsatz kommt. Das Lager besteht aus einem im Wesentlichen zylinderförmigen Innenteil 10 sowie einer radial außen zum Innenteil angeordnete Käfig- oder Zwischeneinrichtung, welche in der beschriebenen Ausführungsform aus zwei axial beabstandeten Käfigringen 20, 20' besteht. Die Käfigeinrichtung ist durch Anvulkanisieren eines Elastomers mit dem Innenteil 10 verbunden, derartig, dass zwischen diesen Teilen die Elastomertragfeder 30 gebildet ist. Die geometrische Gestaltung der vorliegend aus Gummi hergestellten Elastomertragfeder kann in bekannter Weise an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden. In dem beschriebenen Beispiel umfasst der Elastomer vulkanisierter Kautschuk.
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Das Lager wird nach außen durch die als Buchse wirkende Außenhülse 40 abgeschlossen, welche an ihren Enden eine Bördelung 41 aufweist, sodass das unter axialer Vorspannung stehende Lager in seiner Form gehalten wird. Zwischen der Außenhülse 40 und dem Innenteil 10, d. h. radial innerhalb der Tragfeder 30 ist in eine weitere Einrichtung, ein Progressionsfederpaket 50 vorgesehen, das ein von der Elastomertragfeder getrenntes Teil darstellt, welches in der beschriebenen Ausführungsform selbst mehrere Einzelteile umfasst. In der beispielhaften Ausführungsform sind zwei derartiger Progressionsfederpakete vorgesehen. Im Zwischenraum innerhalb der Elastomertragfeder 30 und dem Progressionsfederpaket 50 ist in 1b eine Flüssigkeitskammer 60 sichtbar, die mittels eines Kanals 61 mit einer in der Darstellung nicht erkennbaren zweiten Flüssigkeitskammer verbunden ist, in welcher das zweite Progressionsfederpaket liegt.
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Das in den 1a, b dargestellte Buchsenlager 1 dient im Wesentlichen zur Aufnahme von radialen Kräften, kann jedoch auch torsionale und/oder kardanische Auslenkungen verarbeiten. Hierzu wird das Innenteil 10 starr mit der Fahrzeugkarosserie verbunden, während der Lenker die Außenhülse 40 umgreift und mit dieser fest verbunden ist. In noch zu beschreibender Weise wird durch das Progressionsfederpaket 50 eine Wegbeschränkung für radiale Auslenkungen bereitgestellt, wobei das Progressionsfederpaket bei geringen Auslenkungen vergleichsweise weich arbeitet, mit zunehmenden Auslenkungsamplituden jedoch stark progressiv.
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Bei einer Auslenkung des Lagers in radialer Richtung verändert sich das Volumen der Flüssigkeitskammern, sodass ein Flüssigkeitsaustausch über den Kanal 61 erfolgt und hydraulische Dämpfungsarbeit geleistet wird. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Lager so eingestellt, dass eine hydraulische Dämpfung bei kleinen, langsamen Bewegungen realisiert ist, während große, schnelle Bewegungen (Stöße) ohne hydraulische Dämpfung verarbeitet werden.
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Zum besseren Verständnis des Aufbaus des in den 1a, b gezeigten erfindungsgemäßen Buchsenlagers 1 werden im Folgenden die Einzelteile und deren relative Lage zueinander beschrieben. 2 zeigt hierzu das Innenteil 10 und die beiden axial beabstandeten Käfigringe 20, 20'. Das zylinderförmige Innenteil 10 weist axial beabstandet zwei konische Abschnitte 13 auf, wobei zwischen diesen eine Nut 12 gebildet ist. Die beiden Käfigringe 20, 20' weisen jeweils auf ihrem Umfang eine Rinne oder Nut 23 auf. Ferner umfasst jeder Käfigring 20, 20' zwei, umfänglich um 180° versetzte und axial verlaufende Vorsprünge 21, 21', an deren Erstreckungsenden Taschen 22, 22' gebildet sind. Beide Käfigringe 20, 20' sind so gedreht, dass sich die jeweiligen Vorsprünge gegenüberstehen, wobei ein axialer Abstand d eingehalten ist.
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Die in 2 gezeigte zweiteilige Käfigeinrichtung 20, 20' und das Innenteil 10 werden in der dargestellten relativen Lage zueinander dadurch fixiert, dass die Elastomertragfeder 30 gestaltet wird, wobei das Elastomer an die aus Metall hergestellten Teile 10, 20, 20' anvulkanisiert wird. Den auf diese Weise gebildeten Lagergrundkörper 70 zeigt 3. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist das Innenteil auf dessen Mantelfläche mit einer Elastomerschicht belegt. Im Bereich der Enden ist die Elastomerschicht vergleichsweise gering, während im Bereich der Nut 12 des Innenteils, siehe 2, eine Elastomertasche 32 gebildet ist, deren Funktion unten stehend näher erläutert wird. Dabei werden die zur Achse im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Taschenwände durch die Elastomer beschichtete Wandung der Nut 12, siehe 2, des Innenteils gebildet, während die beiden dazu im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Taschenwände durch das anvulkanisierte Elastomervollmaterial gebildet ist. Auf der gegenüberliegenden, in 3 verdeckten Seite des Innenteils 10 ist eine weitere Elastomertasche gebildet.
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Die Käfigringe sind mit dem Innenteil jeweils über einen konusförmigen Elastomerabschnitt 31 verbunden, welcher einerseits einen Teil der Elastomertragfeder darstellt und darüber hinaus als Flüssigkeitskammerwand dient. Während der Umfang des in der Figur linken angeordneten Käfigrings mit Elastomer vollständig geschlossen ist, weist der rechte Käfigring den schon beschriebenen Kanal 61 auf, über welchen Flüssigkeit zwischen den Kammern ausgetauscht wird. Das Elastomer weist im Bereich der Beabstandung der axialen Vorsprünge der Käfigringe, siehe 2, einen V-förmigen Einschnitt auf mit einer maximalen Lücke d', welche aufgrund der Elastomeranlagerung an die sich axial erstreckenden Vorsprünge kleiner als der Abstand d ist, siehe 2.
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Im zusammengebauten Zustand wird der Lagergrundkörper 70 axial vorgespannt, derartig, dass die Lücke d' geschlossen wird. Zur Abgrenzung der Flüssigkeitskammern gegeneinander sind an den entsprechenden Stellen Dichtlippen 62, 63 vorgesehen, welche im zusammengebauten Zustand mit der Außenhülse zur Abdichtung der Flüssigkeitskammern zusammenwirken.
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Die 4a, b zeigen eines von zwei zwischen dem Lagergrundkörper 70 und der Hülse 40 angeordneten Progressionsfederpaketen, wobei in 4a eine perspektivische Aufsicht und 4b eine Bodenansicht darstellt. Das Progressionsfederpaket 50 weist eine radial außen liegende Anlagefläche 51 zur Anlage an der Innenseite der Außenhülse 40 auf. Ein von der Anlagefläche ausgehender, Einschnitt 53 ist V-förmig gestaltet und erstreckt sich verjüngend radial nach innen. Die Anlagefläche 51 ist als Abschnitt einer Zylindermantelfläche ausgebildet. An beiden umfänglichen Enden des Progressionsfederpakets 50 sind jeweils in axialer Richtung beabstandet zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Zähne 52 vorgesehen. Der V-förmige Einschnitt 53 weist zumindest zwei, zur Anlagefläche 51 radial nach innen abgesetzte Ränder 57 auf.
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In der Bodenansicht von 4b ist die radial innen liegende Anlagefläche 54 erkennbar, mit welcher sich das Progressionsfederpaket 50 an dem Lagergrundkörper 70 abstützt. Im zusammengebauten Zustand des Lagers liegt die innere Anlagefläche 54 in der Elastomertasche 32 des Lagergrundkörpers 70, siehe 3. Wie aus 4b erkennbar, sind zwischen der äußeren und inneren Anlagefläche 51, 54 der Progressionsfeder zwei axial hintereinander angeordnete Elastomersegmente 55, 56 gebildet, welche sich durch den V-förmigen Einschnitt 53 ergeben. Die beiden Elastomersegmente 55, 56 nehmen im Wesentlichen radial wirkende Kräfte bei einer radialen Auslenkung des Lagers auf.
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Der radiale Einschnitt 53 ist zur Aufnahme eines in 5a gezeigten Abstandshalters 80 ausgebildet, welcher als Volumen- bzw. Wegbegrenzer für die beiden Elastomersegmente 55, 56 wirkt. Der Abstandshalter 80 weist hierzu die gleiche radial außen liegende Krümmung wie die Anlagefläche 51 des Progressionsfederpakets auf. Nach der Einfügung des Abstandshalters 80 liegt dieser mit seinen Anlageflächen 81 auf den zugeordneten Kanten 57 des Progressionsfederpakets auf, siehe 4a. Wie aus 5a erkennbar, ragt der Abstandshalter nach der Zusammenfügung in den V-förmigen Einschnitt hinein, wobei dieser Abschnitt abgerundet ist, sodass sich die Elastomersegmente bei einer Zusammenstauchung daran abrollen können. Indem das Volumen ausgewählt wird, mit welchem der Abstandshalter oder Wegbegrenzer 80 in den Einschnitt hineinragt, kann die Progression des Progressionsfederpakets 50 eingestellt werden.
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Die 5a bzw. 5b zeigen die Einlegeteile, welche in der beschriebenen Ausführungsform wie der Abstandshalter 80 aus Kunststoff hergestellt sind. Das untere Einlegeteil 90 dient dabei zur Festlegung der unteren Anlagefläche 54 und das obere Anlageteil 91 dient zur Definition der außen liegenden Anlagefläche 51 des Progressionsfederpakets 50, siehe 4b. Wie der Fachmann erkennt, werden bei der Herstellung des Progressionsfederpakets 50 die beiden Einlegeteile 90, 91 in vorgegebener Weise zueinander gehalten und daran Elastomermaterial angeformt zur Gestaltung des in 4a, b gezeigten Progressionsfederpakets. In der beschriebenen Ausführungsform sind die Einlegeteile 90, 91 vollständig von Elastomermaterial umgeben.
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6 zeigt nun den in 3 dargestellten Lagergrundkörper 70 mit zwei, jeweils in einer Elastomertasche 32 sich abstützenden Progressionsfederpaketen 50, 50'. In dem V-förmigen Einschnitt eines jeden Progressionsfederpakets 50, 50' ist ein Wegbegrenzer 80, 80' eingefügt. Beide Progressionsfederpakete liegen jeweils innerhalb einer Flüssigkeitskammer, welche durch einen umfänglichen, am in der 6 rechten Käfigring verlaufenden Kanal 61 miteinander in Verbindung stehen. Die beiden, voneinander getrennten Flüssigkeitskammern entstehen nach dem Aufbringen einer axialen und einer radialen Vorspannung, über welche einerseits die dargestellten axialen Lücken wie die Lücke d' (siehe 3) geschlossen werden und andererseits die Progressionsfederpakete mit deren äußeren Anlageoberflächen auf eine radiale Höhe mit dem Umfang der mit Elastomer belegten Käfigringe gebracht werden. Beide Flüssigkeitskammern werden dann nach radial nach außen durch die in 6 nicht dargestellte Außenhülse beschränkt.
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Der in 6 dargestellte Lagergrundkörper mit den beiden angelegten Progressionsfederpaketen 50 ist in einer Zweischnittdarstellung in 7 gezeigt, wobei die beiden Schnitte einen Winkel von 90° zueinander aufweisen. Wie aus der Figur hervorgeht, sind in der Darstellung die beiden konisch verlaufenden Flüssigkeitskammerwände 31, welche sich jeweils zwischen dem Innenteil 10 und einem Käfigring 20, 20' erstrecken, entspannt. Gleiches gilt für die beiden Elastomersegmente 55, 56, welche sich jeweils in einer Tasche 32 (siehe 3) über das untere Einlegeteil 90 am Innenteil 10 abstützen.
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In der beschriebenen Ausführungsform weist das zusammengesetzte Lager sowohl eine axiale als auch eine radiale Vorspannung auf.
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Die Situation, nachdem zuerst eine axiale Vorspannung und nachfolgend eine radiale Vorspannung auf die drei aneinander gelegten Teile 70, 50, 50' aufgebracht wurde, ist in 8 wiederum in einer Zweischnittdarstellung gezeigt. Zur Klarheit der Darstellung ist die gebördelte Außenhülse, welche die Teile unter Vorspannung zusammenhält nicht dargestellt. Wie zu erkennen, sind die in 7 noch vorhandenen axialen Lücken innerhalb des Lagergrundkörpers 70 bzw. zwischen den Progressionsfederpaketen und den mit Elastomer belegten Käfigringen in der Darstellung der 8 geschlossen. Durch das Aufbringen einer axialen und einer radialen Vorspannung wurden die Zähne 52 der Progressionsfederpakete in einen Formschluss mit den an dem Lagergrundkörper gestalteten Taschen 71 gebracht, siehe 7. Wie durch Vergleich von 7 und 8 erkennbar, erhalten die Flüssigkeitskammerwände 31 aufgrund der axialen Vorspannung eine ballige Struktur, da die Wände 31 gestaucht werden. Gleiches gilt für die Elastomersegmente 55, 56 aufgrund des Aufbringens der radialen Vorspannung, welche dafür sorgt, dass diese Segmente gestaucht werden. Dabei rollen sich die Elastomerpakete 55, 56 mit ihren sich gegenüber liegenden Oberflächen 55a, 56a an dem gekrümmten Abschnitt 82 des Wegbegrenzers 80 ab. In der in 8 gezeigten Grundstellung, welche der nicht ausgelenkten Betriebsstellung des Lagers entspricht, berühren sich die beiden inneren Oberflächen 55a, 56a der Elastomersegmente 55, 56 noch nicht, es besteht eine Lücke zwischen beiden. Gleiches gilt für die relative Lage der Elastomersegmente 55, 56 bzw. der Oberflächen 55b, 56b zu der jeweils benachbarten Flüssigkeitskammerwand 31, die sich in der in 8 dargestellten Ruhebetriebsstellung des Lagers auch nicht berühren.
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Das Zusammenfügen der in den bisherigen Figuren beschriebenen Teilen 70, 50, 50' des beschriebenen erfindungsgemäßen Buchsenlagers ist in 9 angegeben. Dabei entspricht der linke Teil der Figur einem vergrößerten Ausschnitt der 6, in welchem die relative Lage der Zähne 52, 52' der Progressionsfederpakete zu den zugeordneten Taschen 71 an dem Lagergrundkörper 70 in einer Situation dargestellt sind, in welcher keine axiale bzw. keine radiale Vorspannung auf den Lagergrundkörper bzw. beide Progressionsfederpakete aufgebracht ist. Wird nun zuerst eine axiale Vorspannung auf den Lagergrundkörper aufgebracht, schließt sich die Lücke d' (siehe 3), sodass die Zähne 52, 52' durch das Aufbringen einer radialen Vorspannung in die jeweilige zugeordnete Tasche 71 eingeführt werden können. Dabei wirkt jeweils eine Stirnfläche des Zahns 52, 52', deren Normalevektor axial zum Lager verläuft, mit einer zugeordneten Anlagefläche der zugeordneten Tasche zur Aufnahme der axialen Vorspannung zusammen. Nachdem die Zähne 52, 52' der Progressionsfederpakete 50, 50' mit den jeweiligen Taschen 71 an dem Lagergrundkörper 70 in Eingriff gebracht wurden, kann die axiale Vorspannung entfernt und die Progressionsfederpakete in die endgültige radiale Endstellung gebracht werden, bei welcher die Zähne 52, 52' jeweils vollständig in die zugeordnete Tasche 71 eingeführt sind, siehe die rechte Darstellung der 9. Mit der beschriebenen Zusammenfügung der Teile wird die Dichtlippe 62 in axialer Richtung geschlossen. Zur Vervollständigung des erfindungsgemäßen Lagers wird dann die Außenhülse aufgeschoben und an beiden Enden umgebördelt, siehe die 1a, 1b, welche das fertige erfindungsgemäß ausgebildete Buchsenlager zeigen.
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10 zeigt ähnlich wie 9 die Zusammenfügung des Lagergrundkörpers und eines Progressionsfederpakets einer weiteren Ausführungsform, wobei der Lagergrundkörper wiederum axial und das Progressionsfederpaket radial vorgespannt werden. Auch bei der in 10 dargestellten Ausführungsform wird die axiale Vorspannung zuerst aufgebracht. Der Lagergrundkörper 70 weist im Bereich beider Käfigringe jeweils eine umfänglich verlaufende Nut 72 auf, in die jeweils ein umfänglich verlaufender Steg 58 an dem Progressionsfederpaket 50 eingeführt werden kann. Hierzu wird auf den Lagergrundkörper eine axiale Kraft ausgeübt und nachfolgend die sich radial nach innen erstreckenden Stege 58 durch das Aufbringen einer radialen Kraft zum Einstellen der radialen Vorspannung in die Nuten 72 eingeführt. Auch hier kann die axiale Kraft auf den Lagergrundkörper 70 entfernt werden, sobald der Formschluss zwischen Progressionsfederpaket und Lagergrundkörper zum Halten der axialen Vorspannung eingestellt ist.
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11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Lagers, bei welchem sowohl der Lagergrundkörper als auch die Progressionsfederpakete axial bzw. radial vorgespannt werden, wobei bei der Montage hier jedoch zuerst die radiale Vorspannung auf die Progressionsfederpakete aufgebracht und danach die axiale Vorspannung in den Lagergrundkörper eingebracht wird. Hierzu weist das Progressionsfederpaket axial beabstandete Absätze 59 auf, die mit zugeordneten, am Lagergrundkörper angebrachten Vorsprüngen 73 zum Halten der radialen Vorspannung zusammenwirken. Die jeweiligen Anlageflächen weisen bei der in 11 beschriebenen Ausführungsform eine solche Orientierung auf, dass der Normalenvektor im Wesentlichen radial verläuft.
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Der wesentliche Vorteil bei den in den 9 bis 11 beschriebenen Gestaltungen von erfindungsgemäßen Lagern besteht darin, dass der Lagergrundkörper und die Progressionsfederpakete bei dem Aufschieben der Außenhülse nur mit einer axialen oder einer radialen Kraft beaufschlagt werden müssen, da die Vorspannung in die jeweils andere Richtung durch einen Formschluss zwischen Lagergrundkörper und Progressionsfederpakete gehalten wird.
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Mit Bezug auf die 12 und 13 wird im Folgenden die Funktionsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Lagers erläutert. Dabei zeigt 12 das Lager in einer Längsschnittdarstellung mit einer reinen radialen Auslenkung, während 13 das Lager in einer Betriebssituation zeigt, bei welcher es kardanisch ausgelenkt ist, d. h. die Achse A ist aus der Ruhelage heraus gekippt.
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Die Verhältnisse werden im Folgenden mit Bezug auf 8 erläutert, welche in einer Schnittdarstellung die Verhältnisse bei einem unausgelenkten Lager zeigt. Demgegenüber ist das in 12 dargestellte Buchsenlager symmetrisch zur Achse A in radialer Richtung ausgelenkt. Der gezeigte Schnitt durch das Lager ist gerade so durchgeführt, dass in der oberen Hälfte das erste Progressionsfederpaket im Schnitt und in der unteren Hälfte das zweite Progressionsfederpaket im Schnitt zu erkennen ist. Die jeweiligen Bauteile der Progressionsfederpakete sind mit den gleichen Bezugszeichen angegeben, wobei zur Unterscheidung der Bauteile die Bezugszeichen des unteren Progressionsfederpakets zusätzlich mit einem Oberstrich versehen sind. Durch die radiale Auslenkung des Lagers werden die in der Figur oberen Elastomersegmente 55, 56 weiter zusammengestaucht, gleiches gilt für die Flüssigkeitskammerwände 31. 12 zeigt eine Situation, bei welcher der Einschnitt 53 durch diese Stauchung vollkommen geschlossen ist, d. h. die inneren Oberflächen 55a, 56a der Elastomersegmente 55, 56 liegen aneinander, siehe zum Vergleich 8. Das Elastomer des oberen Progressionsfederpakets hat sich in Querrichtung in der dargestellten Betriebsstellung so weit ausgedehnt, dass es auch zu beiden Seiten mit den Flüssigkeitskammerwänden 31 in Kontakt geraten ist. Das Volumen der Flüssigkeitskammer 60 ist im Vergleich zu der in 8 dargestellten Ruhebetriebslage stark vermindert. Die Verminderung der freien Oberflächen innerhalb des Progressionsfederpakets durch die Schließung des Einschnitts 53 und dem Kontakt der Elastomersegmente 55, 56 mit den Flüssigkeitskammerwänden 31 hat zur Folge, dass die Federrate stark zugenommen hat. Sobald die Elastomersegmente 55, 56 keine Möglichkeit mehr aufweisen, sich in Querrichtung auszudehnen, kann keine weitere Auslenkung des Lagers in radialer Richtung mehr erfolgen, das Lager besitzt demnach eine Wegbeschränkung für radiale Auslenkungen.
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Die beschriebene Verminderung der freien Oberfläche für das Progressionsfederpaket ist ein im Verlauf der Auslenkung kontinuierlicher Prozess, sodass das im Wesentlichen in radialer Richtung wirkende Federpaket progressiv arbeitet. Wie die eingezeichneten Krümmungsradien K1, K2 zeigen, ist die radial nach außen zeigende Oberfläche des Einlegeteils 91 an die Krümmung des konischen Abschnittes des Innenteils 10 angepasst, sodass eine möglichst gleichförmige Krafteinbringung in das Elastomer sichergestellt ist. Gleiches gilt für die radial innen liegende Oberfläche des Einlegeteils 91 sowie der Abschnitte der Käfigringe 20, 20', an welchen die Flüssigkeitskammerwand 31 befestigt ist.
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In entgegen gesetzter Weise zur Stauchung der Elastomersegmente 55, 56 und der Flüssigkeitskammerwände 31 sind die Verhältnisse im Bereich des zweiten, dem ersten gegenüber liegenden Progressionsfederpaket entgegen gesetzt, d. h. die Flüssigkeitskammerwände 31' und die Elastomersegmente 55', 56' sind in Bezug auf ihre Ruhelage gedehnt. Dies hat zur Folge, dass der Einschnitt 53' sowie die Flüssigkeitskammer 60' gegenüber der Ruhebetriebsstellung des Lagers vergrößert sind. Da die Flüssigkeitskammerwände 31' und die Elastomersegmente 55', 56' in der Ruhestellung vorgespannt sind, ist die Zugbelastung auf das Elastomer vermindert, was die Betriebszeit des Lagers erhöht. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass in jeder Betriebslage das Progressionsfederpaket an der Außenhülse 40 anliegt.
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In der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers weist das Innenteil 10 eine Balligkeit auf, die sich auch an der Oberfläche des inneren Einlegeteils 91 zur Gestaltung einer einheitlichen Krümmung K1 der Anlagefläche des Elastomers fortsetzt. Der Vorteil einer solchen gestalterischen Maßnahme zeigt sich insbesondere bei einer kardanischen Auslenkung des Lagers, welche der schon beschriebenen radialen Auslenkung überlagert sein kann. 13 zeigt eine rein kardanische Auslenkung des Lagers in einer Schnittdarstellung. Durch die beschriebene einheitliche Krümmung K1 der Anlageflächen des Elastomers kann dieses sich in besonders Material schonender Weise bei einer Schubbelastung daran abrollen. Aufgrund der in Ruhelage unter Vorspannung gehaltenen Elastomersegmente 55', 56' und der Flüssigkeitskammerwand 31' ist die Materialbelastung auch in der in 13 gezeigten Betriebssituation vermindert, da auf diese Weise sichergestellt ist, dass das Elastomer nicht übermäßig auf Zug belastet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchsenlager
- 10
- Innenteil
- 11
- Stirnfläche
- 12
- Nut
- 13
- Konischer Abschnitt
- 20, 20'
- Käfigring
- 21, 21'
- Axialer Vorsprung
- 22, 22'
- Tasche
- 23, 23'
- Rinne
- 30
- Elastomertragfeder
- 31, 31'
- Flüssigkeitskammerwand
- 32
- Elastomertasche
- 40
- Außenhülse
- 41
- Bördelung
- 50, 50'
- Progressionsfederpaket
- 51
- Radial außen liegende Anlagefläche
- 52, 52'
- Zahn
- 53, 53'
- Einschnitt
- 54
- Radial innen liegende Anlagefläche
- 55, 55'
- Elastomersegment
- 55a, 55b
- Oberfläche des Elastomersegments
- 56, 56'
- Elastomersegment
- 56a, 56b
- Oberfläche des Elastomersegments
- 57
- Rand
- 58
- Steg
- 59
- Absatz
- 60, 60'
- Flüssigkeitskammer
- 61
- Kanal
- 62, 63
- Dichtlippe
- 70
- Lagergrundkörper
- 71
- Tasche
- 72
- Nut
- 73
- Vorsprung
- 80, 80'
- Volumen-/Wegbegrenzer
- 81
- Rand
- 82
- Krümmung
- 90, 90'
- Unteres Einlegeteil
- 91, 91'
- Oberes Einlegeteil
- A
- Achse
- K1, K2, K1'
- Krümmung
