DE102007041324B4

DE102007041324B4 - Gummimetalllager

Info

Publication number: DE102007041324B4
Application number: DE102007041324.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Birk Oliver
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2027-09-01
Also published as: DE102007041324A1

Abstract

Gummimetalllager, umfassend:
- eine Außenhülse (2),
- einen Innenkörper (3) aus einem metallischen Werkstoff, und
- einen Elastomerkörper (4), der die Außenhülse (2) und den Innenkörper (3) elastisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) um einen Kern (6) gewickelt und mit diesem in den Elastomerkörper (4) eingebettet sind, wobei die Zugfäden (5) in einer ersten Stellung lose in dem Elastomerkörper (4) liegen und in einer zweiten Stellung bei einer Deformation des Elastomerkörpers (4) infolge einer Relativverschiebung zwischen der Außenhülse (2) und dem Innenkörper (3) gespannt sind, um Kräfte zu übertragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gummimetalllager, umfassend eine Außenhülse, einen Innenkörper aus einem metallischen Werkstoff und einen Elastomerkörper, der die Außenhülse und den Innenkörper elastisch miteinander verbindet.
Derartige Lager werden beispielsweise in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen dazu eingesetzt, um radführende Lenker an der Karosserie, einem Hilfsrahmen oder an einem Radträger anzubinden.
Zur Abstimmung eines solchen Gummimetalllagers im Hinblick auf Festigkeit, akustische Eigenschaften, Fahrkomfort und Fahrdynamik sowie Verschleiß und Lebensdauer stehen bei herkömmlichen Lagern lediglich die verwendete Gummiart, die Shore-Härte des Gummis sowie die Geometrie des Elastomerkörpers als Gestaltungsparameter zur Verfügung.
Aufgrund der räumlich beschränkten Einbaubedingungen von Fahrwerkslagern sowie der gewünschten fahrdynamischen Eigenschaften ergeben sich bei solchen Lagern Probleme im Hinblick auf die Lebensdauer.
Bisweilen werden zur Verbesserung von Steifigkeit und Verschleiß Stahleinleger in den Elastomerkörper eingebettet.
Die DE 100 04 936 A1 offenbart ein Gummimetalllager mit einem Elastomerkörper, in dem Zugfäden im Kreuzverband eingearbeitet sind. Die Zugfäden weisen eine wechselnde und sich kreuzende Verlaufsrichtung auf, um so die Belastbarkeit des Gummimetalllagers festzulegen. Aus der EP 0 472 046 A1 ist ein Gummimetalllager bekannt, bei dem im Elastomerkörper Zugfäden radial und axial im Elastomer ausgerichtet sind. Dadurch können Scherkräfte, die auf die Außenhülse und den Innenkörper wirken, besser absorbiert werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gummimetalllager der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine erhöhte Lebensdauer sowie eine größere Variabilität der Lagerkennung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein Lager gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lager zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass Zugfäden um einen Kern gewickelt und mit diesem in den Elastomerkörper eingebettet sind. Die Zugfäden liegen in einer ersten Stellung lose in dem Elastomerkörper und sind in einer zweiten Stellung bei einer Deformation des Elastomerkörpers infolge einer Relatiwerschiebung zwischen der Außenhülse und dem Innenkörper gespannt, um Kräfte zu übertragen.
Kommt es zu einer Verformung des Lagers, werden die zunächst losen und damit kraftfreien Zugfäden gespannt, so dass diese dann Kräfte übertragen und die Steifigkeit des Lagers zunimmt.
Dies ermöglicht eine Erhöhung der Lebensdauer von Gummimetalllagern ohne merkliche Änderung der äußeren Abmessungen. Die Erfindung gestattet somit eine gezielte Beeinflussung der Steifigkeitsanforderungen des Lagers über die reine Formgebung, die Auswahl des Gummimaterials und die Shore-Härte hinaus.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen 2-14 angegeben.
So kann beispielsweise der Elastomerkörper zwischen der Außenhülse und dem Innenkörper als von Ausnehmungen freier Vollmaterialkörper ausgebildet werden, wohingegen bei herkömmlichen Lagern üblicherweise nierenförmige Aussparungen vorgesehen werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zugfäden in den Elastomerkörper eingebettet, vorzugsweise einvulkanisiert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

1 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Gummimetalllager nach der Erfindung,
2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1,
3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Herstellung, und in
4 eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung weiterer Ausführungsformen von Gummimetalllagern nach der Erfindung.

Die 1 und 2 zeigen beispielhaft ein Gummimetallfahrwerkslager 1, das in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs zur Ankopplung eines radführenden Lenkers eingesetzt wird.
Das Lager 1 umfasst eine Außenhülse 2, einen Innenkörper 3 sowie einen diese elastisch verbindenden Elastomerkörper 4. Dabei dienen die Außenhülse 2 und der Innenkörper 3 je nach Einbausituation zur Befestigung am Fahrzeugaufbau, einem Hilfsrahmen desselben, an einem Radträger oder an einem radführenden Lenker.
Die Außenhülse 2 ist als dünnwandiges Blechelement ausgebildet und wird in eine korrespondierende Öffnung eingepresst. Herkömmlicherweise wird diese aus Stahl oder einer Aluminiumlegierungen gefertigt. Es ist auch möglich, eine Außenhülse 2 aus Kunststoff zu verwenden. Die Außenhülse 2 kann auch in ein Bauteil integriert sein, in welches der Elastomerkörper 4 eingefügt wird.
Der Innenkörper 3 ist vorzugsweise aus Stahl gefertigt und weist hier beispielhaft eine Durchgangsöffnung für eine Verschraubung auf. Die so gebildete Innenhülse steht beidseits axial über die Außenhülse 2 vor. Der Innenkörper 3 kann jedoch auch als Zapfen ausgeführt sein.
Der Elastomerkörper 4 ist mit seinem Innenumfang an den Außenumfang des Innenkörpers 3 anvulkanisiert und wird von der Außenhülse 2 radial umschlossen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elastomerkörper 4 im Bereich zwischen der Außenhülse 2 und dem Innenkörper 3 frei von im Stand der Technik gebräuchlichen Ausnehmungen, die herkömmlicherweise zur Einstellung eines gegebenenfalls richtungsabhängigen Steifigkeitsverhaltens des Lagers 1 dienen. Dementsprechend ist der Elastomerkörper 4 zwischen der Außenhülse 2 und dem Innenkörper als zylindrischer Vollmaterialkörper ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird das Steifigkeitsverhalten des Lagers 1 durch in den Elastomerkörper 4 eingebettete Zugfäden 5 beeinflusst. Selbstverständlich ist es auch möglich, Ausnehmungen herkömmlicher Art neben solchen Zugfäden 5 vorzusehen.
Die Zugfäden 5 sind in ihrer Länge so bemessen, dass diese in der in den 1 und 2 dargestellten unbelasteten Stellung des Lagers 1 lose in dem Elastomerkörper 4 liegen und damit kraftfrei sind.
Wird der Elastomerkörper 4 aufgrund einer Relativverschiebung zwischen der Außenhülse 2 und der Innenhülse verformt, so werden je nach Einbaulage einzelne Zugfäden 5 gespannt, um Kräfte zu übertragen. Durch Abstimmung des Übergangs vom losen zum gespannten Zustand der Zugfäden 5 kann die Steifigkeitskennlinie des Lagers 1 beeinflusst werden. Dabei ist es möglich, über die Anordnung der Zugfäden 5 ein richtungsabhängiges Steifigkeitsverhalten zu erzielen.
Die Zugfäden 5, die vorzugsweise überwiegend radial verlaufen, können als Schlaufen ausgebildet sein, wie dies in 2 dargestellt ist.
Die Verankerung der Zugfäden 5 erfolgt bevorzugt innerhalb des Elastomerkörpers 4. Es ist jedoch auch denkbar, Zugfäden 5 an der Außenhülse 2 und/oder an dem Innenkörper 3 zu verankern.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zugfäden 5 auf Kerne 6 aufgewickelt, die aus einem sich mit dem Elastomerkörper 4 verformenden elastischen Material bestehen. Die Zugfäden 5 bilden dabei vorzugsweise geschlossene Schlaufen, können jedoch auch in der Art einer Spule als offene Schlaufen gewickelt sein.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass auch Schlaufen mit einer gewissen Breite zum Einsatz kommen können. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden daher auch elastische Bänder als „Zugfäden“ angesehen.
Die Kerne 6 weisen in Radialrichtung des Elastomerkörpers 4 eine deutlich größere Ausdehnung als in Umfangsrichtung des Elastomerkörpers 4 auf. Sie können sich in Längsrichtung des Lagers 1 im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Elastomerkörpers 4 erstrecken. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere übereinander liegende Kerne 6 einzusetzen. Durch Verwendung von Kernen 6 mit unterschiedlichen Proportionen in Radialrichtung und Umfangsrichtung sowie gegebenenfalls auch durch die Art und Weise der Wicklung lässt sich der Verlauf des Steifigkeitsverhaltens bei einer Deformation des Elastomerkörpers 4 beeinflussen. Dies ermöglicht eine große Variabilität in Bezug auf die Lagerkennung.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, werden die Kerne 6 zunächst mit Zugfäden 5 umwickelt. Die so gebildeten Einheiten werden anschließend in den Elastomerkörper 4 einvulkanisiert.
Die Anzahl und Anordnung der Zugfäden 5 und gegebenenfalls vorhandener Kerne 6 wird je nach Bedarf eingestellt und ist nicht auf die in den Figuren dargestellte Konfiguration beschränkt. So kann insbesondere auch eine größere Anzahl von länglichen, mit Zugfäden 5 umgebenen Kernen 6 um den Innenkörper 3 angeordnet sein.
In Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist es möglich, Netze von Zugfäden 5 um in den Elastomerkörper 4 eingebettete elastische Kerne 6 oder starre Anker 7 anzuordnen, wie dies in 4 beispielhaft angedeutet ist. Die Anker 7 können in diesem Fall auch aus einem nicht-elastischen Werkstoff bestehen, solange gewährleistet ist, dass sich deren Abstand untereinander infolge einer Deformation des Elastomerkörpers 4 verändert und um diese geschlungene Zugfäden 5 von einem losen Zustand in einen gespannten Zustand überführt werden.
Weiterhin ist. es möglich, Zugfäden 5 so einzubauen, dass diese in der in den 1 und 2 dargestellten Ausgangsstellung vorgespannt sind und durch eine Deformation des Elastomerkörpers 4 in ihren Spannung vermindert oder vollends entlastet werden.
Grundsätzlich lassen sich Lager dieser Bauart auch bei anderen Bauteilen des Fahrwerks verwenden, um bestimmte Steifigkeits- und Lebensdaueranforderungen zu erfüllen. Hierzu zählen insbesondere auch Hilfsrahmenlager. Weiterhin können solche Lager auch als Motor- und Getriebelager oder für Pendelstützen zur Abstützung der Motor-/Getriebebewegung am Hilfsrahmen oder an der Karosserie eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gummimetalllager
2: Außenhülse
3: Innenkörper
4: Elastomerkörper
5: Zugfaden
6: Kern
7: Anker

Claims

Gummimetalllager, umfassend: - eine Außenhülse (2), - einen Innenkörper (3) aus einem metallischen Werkstoff, und - einen Elastomerkörper (4), der die Außenhülse (2) und den Innenkörper (3) elastisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) um einen Kern (6) gewickelt und mit diesem in den Elastomerkörper (4) eingebettet sind, wobei die Zugfäden (5) in einer ersten Stellung lose in dem Elastomerkörper (4) liegen und in einer zweiten Stellung bei einer Deformation des Elastomerkörpers (4) infolge einer Relativverschiebung zwischen der Außenhülse (2) und dem Innenkörper (3) gespannt sind, um Kräfte zu übertragen.
Gummimetalllager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) zwischen der Außenhülse (2) und dem Innenkörper (3) als von Ausnehmungen freier Vollmaterialkörper ausgebildet ist.
Gummimetalllager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass überwiegend radial verlaufende Zugfäden (5) vorgesehen sind.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) als Schlaufen ausgebildet sind.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) im Elastomerkörper (4) verankert sind.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) an der Außenhülse (2) verankert sind.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) an dem Innenkörper (3) verankert sind.
Gummimetalllager nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (6) aus einem elastischen Material besteht.
Gummimetalllager nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (6) in Radialrichtung des Elastomerkörpers (4) eine größere Ausdehnung als in Umfangsrichtung des Elastomerkörpers (4) aufweist.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (6) mit umgekehrtem Zugfaden oder umwickelten Zugfäden (5) in den Elastomerkörper (4) einvulkanisiert ist.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kerne (6) um die Innenhülse (3) angeordnet sind.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) um in den Elastomerkörper (4) eingebettete Anker (6) gewickelt sind.
Gummimetalllager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zugfaden (5) zwei voneinander beabstandete starre Anker (6) umschlingt.
Gummimetalllager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Zugfäden (5) an dem Elastomerkörper (4) vorgesehen sind, die in einer Ausgangsstellung des Lagers (1) vorgespannt sind und in einer durch Deformation des Elastomerkörpers (4) erreichten zweiten Stellung in ihrer Spannung vermindert oder vollends entlastet sind.