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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einer Lagerbuchse mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruchs 1.
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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.
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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 verbesserte 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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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst eine Lagerbuchse mit einem Gummi-Metall-Lager, das durch eine Übermaßpassung in die Lagerbuchse einpressbar ist. Dabei weist die Lagerbuchse in ihrer Axialrichtung zueinander versetzte Tragabschnitte auf. Das Besondere hieran ist, dass in einem der Tragabschnitte wenigstens ein radial nach innen weisender Vorsprung vorgesehen ist. Ein solcher Vorsprung kann auch als Kontur oder Kralle bezeichnet werden. Demgegenüber weist das Gummi-Metall-Lager in seiner Axialrichtung an die Konturen der Tragabschnitte angepasste Vertiefungen auf. Dabei ist jeweils wenigstens ein Vorsprung des Tragabschnitts dafür vorgesehen, formschlüssig in eine Vertiefung des Gummi-Metall-Lagers einzugreifen und mit dieser Vertiefung eine Übermaßpassung zu bilden, die dazu führt, dass die Auspresskräfte, die zum Austreiben des Gummi-Metall-Lagers erforderlich sind, erheblich ansteigen, da so ein kraftschlüssiger Verbund zwischen dem Gummi-Metall-Lager und der Lagerbuchse geschaffen wird. Die Konturen der Vorsprünge und Vertiefungen sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass das Eingreifen des Vorsprungs in die Vertiefung auch formschlüssig erfolgt.
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Der Festsitz der Lagerbuchse im Gummi-Metall-Lager kann auf Grund der Ausrichtung der Vorsprünge und Vertiefungen nur in eine Richtung wirken. Zusätzlich ist das Gummi-Metall-Lager mit einem Kragen ausgestattet. Beim Einbringen der Lagerbuchse in das Gummi-Metall-Lager wird das Gummi-Metall-Lager bis auf Anschlag, also bis der Kragen auf der Lagerbuchse anliegt, in die Lagerbuchse eingepresst.
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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. Diese Lagerschale weist ebenfalls im Bereich der Vertiefungen, in Überdeckung mit diesen, Aussparungen auf, um ein Ineinandergreifen von Vorsprung und Vertiefung zu gewährleisten. 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 und die wenigstens eine Vertiefung im Längsschnitt durch die Lagerbuchse und das Gummi-Metall-Lager keilförmig konfiguriert sind. Das heißt, dass der wenigstens eine Vorsprung keinen symmetrischen Querschnitt aufweist, sondern eine Einführschräge bzw. Rampe besitzt, die von der Innenwand der Lagerbuchse ausgehend im spitzen Winkel zur Mittellängsachse der Lagerbuchse ansteigt. Die Vertiefung weist dementsprechend vorzugsweise ebenfalls keinen symmetrischen Querschnitt auf und ein Schräge der Vertiefung verläuft von der Außenseite des Gummi-Metall-Lagers im spitzen Winkel zur Mittellängsachse nach innen in Richtung der Mittellängsachse, so dass eine Einführschräge für den Vorsprung gebildet wird. 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 bzw. die Flanke der wenigstens einen Vertiefung in einem größeren Winkel zur Mittellängsachse der Lagerbuchse stehen als die dieser Flanke gegenüberliegende Flanke. Dadurch kann sich der Vorsprung beim formschlüssigen und auf Grund der Übermaßpassung kraftschlüssigen Eingreifen in die Vertiefung des Gummi-Metall-Lagers sehr gut verkrallen. Dadurch wird bewirkt, dass zum Austreiben des Gummi-Metall-Lagers wesentlich höhere Kräfte, auf Grund der zusätzlichen Hinterschneidung zwischen Lagerbuchse und Gummi-Metall-Lager, als zum Einpressen erforderlich sind.
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Die Flanken der Vorsprünge und Vertiefungen können in ihrem Verlauf lineargerade, aber auch konkav oder konvex gekrümmt sein. Maßgeblich ist der gewünschte Verkrallungseffekt.
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Die besondere Art der Hinterschneidung kann weiter gesteigert werden, indem 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, denen entsprechend dreieckförmige Vertiefungen gegenüberstehen, in welchen die Vorsprünge formschlüssig und mit Übermaßpassung eingepresst werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die in Einpressrichtung weisenden Enden der Vorsprünge abgerundet oder als in Umfangsrichtung verlaufende gerade Kante zu gestalten. Entsprechend der Ausgestaltungen der Vorsprünge erfolgt vorzugsweise auch die Ausgestaltung der Vertiefungen. Entscheidend ist hierbei 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 und die Vertiefung 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 und Vertiefungen, vergleichbar sind und trotzdem höhere Auspresskräfte realisiert werden. Dies wird vor allem auch dadurch erreicht, dass die Vorsprünge in die Vertiefungen geführt einrasten.
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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. Es ist ebenso 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. Dabei können die Vorsprünge beispielsweise unterschiedlich weit gegenüber der Innenseite der Lagerbuchse hervorstehen, wobei die größeren Vorsprünge zum Eingreifen in die Vertiefungen und die kleineren Vorsprünge zum direkten Eingriff in den Gummi vorgesehen sein können.
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Es kann natürlich auch vorgesehen sein, nur jedem zweiten oder dritten Vorsprung eine Vertiefung zuzuordnen.
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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 Lageranordnung aus einem Gummi-Metall-Lager in einer Lagerbuchse;
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2 eine Abwicklung einer Lagerbuchse mit Vorsprüngen;
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3 eine weitere Abwicklung einer Lagerbuchse mit Vorsprüngen und
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4 einen Querschnitt eines Ausschnitts einer Lagerungsanordnung bestehend aus einer Lagerbuchse und einem Gummi-Metall-Lager.
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In 1 ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, mit einem in eine Lagerbuchse 2 eingepressten Gummi-Metall-Lager 3. Das Gummi-Metall-Lager 3 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 6 umgeben. In der Einbaulage steht der Kragen 6 in Axialrichtung oben über die Lagerbuchse 2 vor, so dass er einerseits als Anschlag, zum anderen aber auch als Sicherung gegen Herausrutschen des Gummi-Metall-Lagers 3 aus der Lagerbuchse 2 dient. Hierzu steht der Kragen 6 in Radialrichtung über den Außendurchmesser der Lagerbuchse 2 vor. Auf der gegenüberliegenden Seite steht bei dieser Ausführung in Axialrichtung eine äußere Lagerschale 7 über die Lagerbuchse 2 vor, die außenseitig mit einer Gummierung versehen ist, welche innenseitig an der Lagerbuchse 2 anliegt.
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Wesentlich an dieser Lageranordnung 1 ist, dass in der Lagerbuchse 2 mehrere Vorsprünge 8 angeordnet sind. Die Vorsprünge 8 weisen radial nach innen auf das Gummi-Metall-Lager 3 und befinden sich im axial-mittleren Bereich der Lagerbuchse 2. Die Vorsprünge 8 sind im Längsschnitt durch die Lagerbuchse 2 keilförmig konfiguriert. Dabei stehen die in Einpressrichtung E weisenden Enden 9 weiter radial nach innen hervor als ihre axial anderen Enden 10.
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In der in 2 dargestellten Abwinklung weisen die Vorsprünge 8a in Einpressrichtung E eine konstante Breite B auf. Es ist aber ebenso möglich, dass, wie in 3 dargestellt, die in Umfangsrichtung und der Lagerbuchse 2 gemessene Breite B der Vorsprünge 8 in Einpressrichtung E des Gummi-Metall-Lagers 3 abnimmt, so dass die Vorsprünge 8 in diesem Fall beispielsweise abgerundet sind. Dadurch verkrallen sich die Enden 9 mit den Vertiefungen 11 des in 4 dargestellten Ausschnitts eines Gummi-Metall-Lagers 3, welches dadurch nicht nur durch eine Übermaßpassung, sondern auch zusätzlich durch einen Formschluss mit hinreichendem Festsitz sicher in der Lagerbuchse 2 gehalten ist. Sämtliche Vorsprünge 8, 8a sind identisch konfiguriert und gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang der Lagerbuchse 2 verteilt angeordnet.
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Anhand des Querschnitts in 2 wird verdeutlicht, dass die Lagerbuchse 2 beispielsweise aus einem Blechstreifen hergestellt werden kann. In der Ausgangsform ist der Blechstreifen sowohl auf seiner sichtbaren Innenseite 12 als auch auf seiner Außenseite eben. Erst durch Umformung des Blechstreifens entstehen die gewünschten Vorsprünge 8, 8a, wie abgebildet. Durch die gerundete Ausführung der in 2 abgebildeten Vorsprünge 8, 8a kann eine Beschädigung der Oberfläche des Elastomerbauteils 5 vermieden werden.
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Die Vorsprünge 8, 8a befinden sich in den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen im axial-mittleren Bereich der Lagerbuchse 2. Zur Verdeutlichung der Tragabschnitte 13, 14 der Lagerbuchse 2 ist in 2 ein oberer und ein unterer Tragabschnitt 13 dargestellt, welche den axial-mittleren Tragabschnitt 14 einschließen, an welchem die Vorsprünge 8, 8a angeordnet sind. Die eingezeichneten Linien verdeutlichen lediglich die Grenzen zwischen den Tragabschnitten 13, 14. Die Fixierung des Gummi-Metall-Lagers 3 erfolgt im axial-randseitigen Tragabschnitt 13 ausschließlich durch eine Übermaßpassung. Im axial-mittleren Tragabschnitt 14 erfolgt zusätzlich eine Sicherung durch eine Hinterschneidung zwischen Vorsprüngen und Vertiefung.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines Verbindungsbereichs zwischen dem Gummi-Metall-Lager 3 und der Lagerbuchse 2 im Querschnitt. Hierbei wird deutlich, dass Einführschrägen der Vertiefungen 11 und der Vorsprünge 8 nicht den gleichen Winkel zur Mittellängsachse aufweisen müssen. Wichtiger für den Verkrallungseffekt ist, dass eine Höhe H der Vorsprünge 8 mindestens einer Tiefe T der Vertiefungen 11 entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Lagerbuchse
- 3
- Gummi-Metall-Lager
- 4
- Hülse
- 5
- Elastomerschicht
- 6
- Kragen
- 7
- Lagerschale
- 8
- Vorsprung
- 8a
- Vorsprung
- 9
- Ende
- 10
- Ende
- 11
- Vertiefung
- 12
- Innenseite
- 13
- Tragabschnitt
- 14
- Tragabschnitt
- B
- Breite
- E
- Einpressrichtung
- H
- Höhe
- T
- Tiefe
