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Die
Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerbuchse
einer solchen Lagerungsanordnung.
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Die
Kinematik eines Fahrwerks hängt
zu wesentlichen Teilen von der Konfiguration der Lagerungen der
zur Radaufhängung
eingesetzten Lenker ab. Üblicherweise
werden Gummi-Metall-Lager als elastische Elemente in Achskomponenten
verbaut. Meistens werden die Gummi-Metall-Lager zur Fixierung in Lagerbuchsen
eingepresst. Zwischen dem Gummi-Metall-Lager und der Lagerbuchse
des Lenkerbauteils besteht dabei eine Toleranzüberdeckung, so dass eine Übermaßpassung
besteht. Der Grad der Toleranzüberdeckung
zwischen dem Gummi-Metall-Lager und der Lagerbuchse bestimmt den
Festsitz des Gummi-Metall-Lagers.
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Ein
wichtiger Indikator für
die Bewertung des Festsitzes einer solchen kraftschlüssigen Verbindung ist
die Auspresskraft, die erforderlich ist, um das Gummi-Metall-Lager
wieder aus der Lagerbuchse herauszupressen. Theoretisch ist es möglich, die
Toleranzüberdeckung
sehr groß zu
wählen,
was allerdings zu entsprechend hohen Einpresskräften führt und was die Montage des
Gummi-Metall-Lagers erschwert. Zudem federn die ineinander gepressten Bauteile
nach dem Einpressen etwas zurück,
so dass die angestrebten Auspresskräfte nicht immer sicher erreicht
werden können.
Diese Umstände
führen
im Ergebnis zu relativ großen
Schwankungen der Ein- und Auspresskräfte.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Lageranordnung
aufzuzeigen, bei welcher ein Gummi-Metall-Lager in einer Lagerbuchse
aufgenommen ist und bei welcher die Auspresskräfte deutlich erhöht werden,
ohne dass die Einpresskräfte
in gleichem Maße
zunehmen.
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Zudem
soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lageranordnung
aufgezeigt werden.
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Gegenständlich wird
diese Aufgabe durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Lagerungsanordnung ist
Gegenstand des Patentanspruchs 8.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweils
abhängigen Patentansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Lageranordnung zeichnet
sich dadurch aus, dass die Lagerbuchse in ihrer Axialrichtung zueinander
versetzte Tragabschnitte aufweist, die mit dem Gummi-Metall-Lager jeweils
eine Übermaßpassung
bilden. Das Besondere ist, dass in einem der Tragabschnitte wenigstens ein
radial nach innen weisender Vorsprung vorgesehen ist. Ein solcher
Vorsprung, der auch als Kontur oder Kralle bezeichnet werden kann,
führt dazu,
dass die Auspresskräfte,
die zum Austreiben des Gummi-Metall-Lagers erforderlich sind, erheblich
ansteigen, da ein quasi formschlüssiger
Verbund zwischen dem Gummi-Metall-Lager und der Lagerbuchse geschaffen
wird. Der wenigstens eine Vorsprung führt dazu, dass die zum Austreiben
erforderliche Losbrechkraft deutlich zunimmt. Wichtig in diesem
Zusammenhang ist, dass das Gummi-Metall-Lager nicht
ausschließlich über den
wenigstens einen Vorsprung gehalten wird, sondern dass die Lagerbuchse zumindest
einen Tragabschnitt aufweist, in welchen das Gummi-Metall-Lager
in bekannter Weise mit Übermaßpassung
eingepresst ist. Die voneinander abweichenden Tragabschnitte ergänzen sich
in dem Sinne, dass eine ausschließlich kraftschlüssige Verbindung
mit einer quasi formschlüssigen
Verbindung kombiniert wird. Die Wirkung der Vorsprünge im Hinblick
auf die Steigerung der Auspresskraft beruht darauf, dass die Vorsprünge in der
Einbaulage federnd vorgespannt sind und dem Auspressen entgegenwirken.
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Ein
Gummi-Metall-Lager im Sinne der Erfindung ist eine Kombination aus
einem Elastomerbauteil mit einem Metallbauteil. Regelmäßig ist
der Kern des Gummi-Metall-Lagers ein Zapfen oder eine Hülse, die
außenseitig
von dem Elastomerbauteil umgeben ist. Entweder wird das Gummi-Metall-Lager
unmittelbar in die Lagerbuchse eingepresst, d. h. ohne dass die
Elastomerschicht nochmals von einem weiteren Schalenbauteil, z.
B. einem Außentopf,
umgeben ist. Alternativ befindet sich die Elastomerschicht zwischen
dem inneren Metallbauteil und einer Lagerschale des Gummi-Metall-Lagers,
wobei die Lagerschale aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. Auch
ist es möglich,
dass die Lagerschale außenseitig
wiederum gummiert ist, d. h. mit einer weiteren Elastomerschicht
umgeben ist. Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann
zum Tragen, wenn die Lagerbuchse mit einer Elastomerschicht des Gummi-Metall-Lagers
in Kontakt gelangt.
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Es
wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der wenigstens eine
Vorsprung im Längsschnitt durch
die Lagerbuchse keilförmig
konfiguriert ist. Das heißt,
dass der wenigstens eine Vorsprung keinen symmetrischen Querschnitt
aufweist, sondern eine Einführschräge bzw.
Rampe besitzt, die von der Innenwandung der Lagerbuchse ausgehend
im spitzen Winkel zur Mittellängsachse
der Lagerbuchse ansteigt. Durch die Einführschräge wird der Innendurchmesser
der Lagerbuchse zunehmend verjüngt, was
anfänglich
zu einem moderaten Anstieg der Einpresskräfte führt. Der Begriff "keilförmig" im Sinne der Erfindung
bedeutet aber auch, dass die der Einführschräge abgewandte Flanke des wenigstens
einen Vorsprungs in einem größeren Winkel
zur Mittellängsachse
der Lagerbuchse steht als die andere Flanke, so dass sich der Vorsprung
gewissermaßen in
dem Gummi-Metall-Lager verkrallt, mit der Wirkung, dass zum Austreiben
des Gummi-Metall-Lagers wesentlich höhere Kräfte als zum Einpressen erforderlich
sind. Die Flanken können
in ihrem Verlauf linear-gerade, aber auch konkav oder konvex gekrümmt sein.
Maßgeblich
ist der gewünschte
Verkrallungseffekt.
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Diese
besondere Art der Verkrallung kann dadurch gesteigert werden, dass
die in Umfangsrichtung der Lagerbuchse gemessene Breite des wenigstens
einen Vorsprungs in Einpressrichtung des Gummi-Metall-Lagers abnimmt
und beispielsweise spitz zuläuft.
Dadurch entstehen z. B. dreieckförmige Vorsprünge, deren
in Einpressrichtung weisenden Enden sich mit der Außenseite
des Gummi-Metall-Lagers verkrallen. Selbstverständlich ist es möglich, die
in Einpressrichtung weisenden Enden der Vorsprünge auch abgerundet oder als
in Umfangsrichtung verlaufende gerade Kante zu gestalten. Entscheidend
ist ausschließlich,
dass das in die Einpressrichtung weisende Ende des Vorsprungs radial weiter
nach innen vorsteht als das entgegen der Einpressrichtung weisende
Ende des Vorsprungs, um den gewünschten
Verkrallungseffekt zwischen der Lagerbuchse und dem Gummi-Metall-Lager zu erreichen.
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Es
wird als besonders günstig
angesehen, wenn der den wenigstens einen Vorsprung aufweisende Tragabschnitt
im axial-mittleren Bereich der Lagerbuchse angeordnet ist. Vorzugsweise
besitzt eine erfindungsgemäße Lagerbuchse
drei Tragabschnitte, nämlich
einen jeweils axial-endseitigen Tragabschnitt, in welchem ausschließlich eine
Fixierung des Gummi-Metall-Lagers
durch entsprechende Toleranzüberdeckungen
stattfindet. Zwischen diesen beiden Tragabschnitten sollte der den
wenigstens einen Vorsprung aufweisende Tragabschnitt angeordnet
sein. Erfahrungsgemäß ist die Toleranzüberdeckung
bzw. die gewünschte Übermaßpassung
in den Randbereichen einer Lagerbuchse präziser als im mittleren Bereich.
Die Tragfähigkeit
des axial-mittleren Bereichs der Lagerbuchse ist daher geringer.
Aus diesem Grund wird es bei gleich bleibender Genauigkeit als zweckmäßig angesehen,
wenn die Vorsprünge
in dem axial-mittleren Bereich angeordnet sind.
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Die
Lagerbuchse ist vorzugsweise so konzipiert, dass die Einpresskräfte mit
den bisherigen Einpresskräften,
d. h. mit den Einpresskräften
von Gummi-Metall-Lagern
in Lagerbuchsen ohne derartige Vorsprünge, vergleichbar sind und
trotzdem höhere Auspresskräfte realisiert
werden.
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Zudem
bewirkt ein Vorsprung in der Lagerbuchse, dass das Gummi-Metall-Lager auch in rotatorischer
Hinsicht an Bewegungen besser gehemmt und zudem exakter positioniert
werden kann. Es wird als besonders zweckmäßig angesehen, wenn mehrere
Vorsprünge
gleichmäßig über den
Umfang der Lagerbuchse verteilt angeordnet sind.
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Selbstverständlich ist
es im Rahmen der Erfindung nicht ausgeschlossen, dass mehr als ein
Tragabschnitt mit radial nach innen weisenden Vorsprüngen vorgesehen
ist. Ebenso ist es denkbar, dass die Geometrie der Vorsprünge in Umfangsrichtung
gesehen variiert, um den Verkrallungseffekt noch zu verbessern,
beispielsweise um eine verstärkt
in Umfangsrichtung wirkende Verkrallung zu ermöglichen.
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Im
Unterschied zu zylindrisch glatten Lagerbuchsen erfordert die Ausbildung
von Vorsprüngen wenigstens
einen weiteren Fertigungsschritt. Es wird als zweckmäßig angesehen,
Lagerbuchsen der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnungen
nicht aus einem Rohrbauteil, sondern aus einem Blechstreifen herzustellen,
welcher vor dem Rollen und vor dem Verbinden seiner einander benachbarten
Stirnseiten zur Ausbildung wenigstens eines radial nach innen weisenden
Vorsprungs bearbeitet wird. Die Bearbeitung des Blechteils ist auf
unterschiedlichste Art und Weise möglich. Hierbei ist sogar an
eine spanabhebende Bearbeitung zu denken. Vorzugsweise werden derartige Vorsprünge jedoch
umformtechnisch hergestellt, d. h. in einem Presswerkzeug erzeugt. Nach
der Ausbildung der Vorsprünge
werden die Blechstreifen zu Lagerbuchsen gerollt und die dabei einander
benachbarten Stirnseiten schließlich
form- und/oder stoffschlüssig
miteinander verbunden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Lagerungsanordnung eines Lenkers eines
Fahrwerks;
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2 eine
Abwicklung einer Lagerbuchse noch vor der umformtechnischen Ausbildung
der Vorsprünge;
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3 eine
Abwicklung einer Lagerbuchse mit Vorsprüngen gemäß einer ersten Ausführungsform;
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4 eine
Abwicklung einer Lagerbuchse mit Vorsprüngen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist
eine Achskomponente in Form eines Lenkers 1 dargestellt,
von dem jedoch nur ein Ende dargestellt ist. An diesem Ende des
Lenkers 1 ist ein Gummi-Metall-Lager 2 angeordnet,
das in eine am Lenker 1 befestigte Lagerbuchse 3 eingepresst ist.
Das Gummi-Metall-Lager 2 umfasst eine zentrisch angeordnete
metallische Hülse 4,
durch deren Längsbohrung
ein Befestigungsbolzen geführt
werden kann. Die Hülse 4 ist
von einer anvulkanisierten Elastomerschicht 5 mit Kragen 11 umgeben.
In der Einbaulage steht der Kragen 11 in Axialrichtung
oben über
die Lagerbuchse 3 vor, so dass er einerseits als Anschlag,
zum anderen aber auch als Sicherung gegen Herausrutschen des Gummi-Metall-Lagers 2 aus der
Lagerbuchse 3 dient. Hierzu steht der Kragen 11 in
Radialrichtung über
den Außendurchmesser
der Lagerbuchse 3 vor. Auf der gegenüberliegenden Seite steht in
Axialrichtung eine äußere Lageschale 12 über die
Lagerbuchse 3 vor, die außenseitig mit einer Gummierung
versehen ist, welche innenseitig an der Lagerbuchse 3 anliegt.
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Das
Wesentliche der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung
ist, dass in der Lagerbuchse 3 mehrere Vorsprünge 6 angeordnet
sind. Die Vorsprünge 6 sind
durch einen Blechumformungsvorgang der Lagerbuchse 3 hergestellt
und weisen radial nach innen auf das Gummi-Metall-Lager 2.
Die Vorsprünge 6 befinden
sich im axial-mittleren Bereich der Lagerbuchse 3. Die
Vorsprünge 6 sind
im Längsschnitt
durch die Lagerbuchse 3 keilförmig konfiguriert, d. h., dass
ihre in Einpressrichtung E weisenden Enden 7 weiter nach
radial innen vorstehen als ihre axial anderen Enden. Zudem ist zu
erkennen, dass die in Umfangsrichtung der Lagerbuchse 3 gemessene
Breite B der Vorsprünge 6 in
Einpressrichtung E des Gummi-Metall-Lagers 2 abnimmt, so
dass die Vorsprünge 6 in
diesem Fall sogar spitz zulaufen. Dadurch verkrallen sich die spitzen
Enden 7 mit dem Gummi-Metall-Lager 2, welches
dadurch nicht nur durch eine Übermaßpassung,
sondern auch zusätzlich
durch einen Formschluss mit hinreichendem Festsitz sicher in der
Lagerbuchse 3 gehalten ist. Sämtliche Vorsprünge 6 sind
identisch konfiguriert und gleichmäßig über den Umfang der Lagerbuchse 3 verteilt
angeordnet.
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Anhand
der 2 soll verdeutlicht werden, dass die Lagerbuchse 3 der 1 aus
einem Blechstreifen 8 hergestellt wird. In der Ausgangsform
ist der Blechstreifen 8 sowohl auf der in 2 sichtbaren
Innenseite als auch auf seiner Außenseite eben. Erst durch Umformung
des Blechstreifens 8 entstehen die gewünschten Vorsprünge, wie
sie beispielhaft in 3 und in 4 dargestellt
sind. Die Vorsprünge 6 der 3 entsprechen
denjenigen der 1. Die Vorsprünge sind
in der dargestellten Abwicklung bzw. Draufsicht dreieckförmig konfiguriert, wobei
ihre spitzen Enden 7 in die Einpressrichtung E weisen.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 4 zeigt Vorsprünge 6a,
deren in Einpressrichtung E weisenden Enden 7a nicht spitz,
sondern gerundet sind. Durch die gerundete Form kann eine Beschädigung der
Oberfläche
des Elastomerbauteils 5, wie sie bei sehr spitzen Enden
gemäß der Ausführungsform
der 3 nicht auszuschließen ist, vermieden werden.
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Die
Vorsprünge 6, 6a befinden
sich bei beiden Ausführungsformen
der 3 und 4 im axial-mittleren Bereich
der Lagerbuchse. Zur Verdeutlichung der tragenden Abschnitte der
Lagerbuchse ist in 2 ein oberer und ein unterer
Tragabschnitt 9 dargestellt, welche den axial-mittleren
Tragabschnitt 10 einschließen, in welchem die Vorsprünge 6, 6a ausgebildet
werden. Die eingezeichneten Linien sollen lediglich die Grenzen
zwischen den Tragabschnitten 9, 10 verdeutlichen.
In dem axial-randseitigen Tragabschnitt 9 erfolgt die Fixierung
des Gummi-Metall-Lagers ausschließlich durch eine Übermaßpassung,
während
in dem mittleren Tragabschnitt 10 die Übermaßpassung durch die Vorsprünge 6, 6a begrenzt
wird.
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- 1
- Lenker
- 2
- Gummi-Metall-Lager
- 3
- Lagerbuchse
- 4
- Hülse
- 5
- Elastomerschicht
- 6
- Vorsprung
- 6a
- Vorsprung
- 7
- Ende
- 7a
- Ende
- 8
- Blechstreifen
- 9
- Tragabschnitt
- 10
- Tragabschnitt
- 11
- Kragen
- 12
- Lageschale
- B
- Breite
- E
- Einpressrichtung