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Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager zur Verbindung zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elastische Lager zur Verbindung zweier Bauteile sind in vielen Ausführungsformen allgemein bekannt. Beispielsweise ist ein sogenanntes O-Lager als Schlitzbuchsenlager bekannt, das aus einem zylindrischen Lagerinnenteil und einem dieses mit einem umlaufenden Abstand umgebenden, längsgeschlitzten Lageraußenrohr besteht. Im Abstand zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenrohr ist eine Elastomerschicht einvulkanisiert. Zur Montage und Komplettierung dieses Lagers werden das Lageraußenrohr mit Schließung des Längsschlitzes sowie die Elastomerschicht radial komprimiert und in ein im Durchmesser reduziertes Aufnahmeauge eines zu lagernden Bauteils eingepresst. Das andere zu lagernde Bauteil wird am Lagerinnenteil angeschlossen. Solche elastische Lager werden beispielsweise im Fahrzeugbau zur Lagerung von Lenkern, Aggregaten und Fahrerhäusern verwendet.
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Wenn bei zwei durch ein elastisches Lager verbundenen Bauteilen im Bereich einer unbelasteten Ausgangslage eine wirksame Schwingungsentkopplung kleiner Auslenkungsamplituden durchgeführt wird, können sich insbesondere im Fahrzeugbau Vorteile hinsichtlich der Fahrzeugakustik und/oder der Kinematik ergeben. Dazu ist es erforderlich um die unbelastete Ausgangslage einen Federweg mit möglichst kleinen Rückstellkräften zur Verfügung zu stellen. Dies kann in an sich bekannter Weise durch Dimensionierungen der verwendeten Elastomerschichten, insbesondere durch den Einsatz relativ weicher, auf Schub beanspruchter Elastomerpakete erreicht werden. Notwendigerweise ist aber dadurch das elastische Lager insgesamt, insbesondere auch senkrecht zu einer vorgegebenen Lagerauslenkungsrichtung weich mit nur geringen Führungseigenschaften und geringer Abstützfunktion bei größeren Auslenkungen. Dies ist üblicherweise ein Nachteil, da bei größeren Auslenkungen meist stabile elastische Stütz- und Führungseigenschaften gefordert sind. Weiter ergeben sich mit einem solchen insgesamt weich ausgelegten Lager Probleme mit der Dauerfestigkeit, da bei einer Lagerauslenkung in Kombination mit dazu senkrechten Belastungen Überbeanspruchungen von Lagerkomponenten auftreten können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elastisches Lager vorzuschlagen, mit dem bei nur kleinen Lagerauslenkungen in vorbestimmten Richtungen, insbesondere für eine Schwingungsentkopplung nur relativ kleine Rückstellkräfte auftreten und im Übrigen das Lager eine geeignete hohe Stütz- und Führungsfunktion bei hoher Dauerfestigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem erfindungsgemäßen elastischen Lager zur Verbindung zweier Bauteile in einem Lageraußenrohr als erstem Lageranschlussteil ein mit wenigstens einem Elastomerelement verbundenes Gehäuseteil aufgenommen ist. Das Gehäuseteil weist einen axialen Durchbruch als Führungsraum auf, der einerseits durch vier quer zur Außenrohrachse in einer Führungsrichtung verlaufende plane Führungsflächen und andererseits durch zwei jeweils endseitig an die Führungsflächen anschließende, achsparallel ausgerichtete, gegenüberliegende Anschlagflächen begrenzt ist.
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Jeweils zwei einander zugeordnete Führungsflächen sind V-förmig als Keilführung mit einem zugeordneten Keilwinkel angeordnet, wobei die zwei Keilführungen mit ihren Keilkanten im Gehäusedurchbruch beabstandet aufeinander zugerichtet sind.
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Im Gehäusedurchbruch ist ein in der Führungsrichtung zur Bereitstellung eines Verschiebewegs kürzeres Lagerinnenteil als zweites Lageranschlussteil aufgenommen, das an den beiden gehäuseseitigen konvexen Keilführungen mit entsprechend zugeordneten innenteilseitigen konkaven Keilformen formschlüssig geführt und durch die Anschlagflächen wegbegrenzt verschiebbar ist.
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Bei einer Lagerauslenkung ist das Lagerinnenteil in allen Querrichtungen zur Führungsrichtung durch die Keilführungen abgestützt. Bei einer Lagerauslenkung in Führungsrichtung innerhalb des Verschiebungswegs weist dagegen das Lagerinnenteil keine oder nur eine geringe Rückstellkraft entsprechend einer ersten Federstufe auf, die jedoch bei einer weiteren Auslenkung an einer wegbegrenzenden Anschlagfläche entsprechend einer zweiten Federstufe ansteigt. Eine noch weitere Lagerauslenkung wird in wenigstens einem Elastomerelement molekular mit vergleichsweise progressiv ansteigender hoher Rückstellkraft entsprechend einer dritten Federstufe aufgenommen.
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Bei dem erfindungsgemäßen elastischen Lager treten bei nur kleinen Lagerauslenkungen in Führungsrichtung vorteilhaft nur kleine Rückstellkräfte auf, welche für eine wirksame Schwingungsentkopplung genutzt werden können. Bei größeren Lagerauslenkungen weist ein erfindungsgemäßes Lager aber auch geeignete hohe Stütz- und Führungsfunktionen bei hoher Dauerfestigkeit auf. Zudem können Toleranzen von Anbauten bei spannungsfreien Montagen ausgeglichen werden. Zudem kann die dynamische Federkennlinie in Führungsrichtung, insbesondere durch eine progressiv ansteigende Federkennung beeinflusst werden.
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Um das Lagerinnenteil einfach montierbar zu gestalten, kann dieses mit zwei Innenteilhälften zweiteilig ausgeführt sein mit einer Teilung entlang einer Fläche zwischen den gegenüberliegenden Keilkanten. Um diese Innenteilhälften insbesondere beim Transport zusammen zu halten, können sie durch übliche Maßnahmen zusammengefügt, insbesondere verstiftet, geschraubt, gebördelt, etc. werden. Bei der Endmontage können die Innenteilhälften vorteilhaft durch die Verspannkraft einer axial durch das Innenteil geführten Befestigungsschraube zusammengehalten werden, mit der das zweite Lagerteil angeschlossen wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die planen Führungsflächen der Keilführungen dergestalt aus Gleitflächen ausgebildet, das Gleitbleche vorzugsweise beschichtete Gleitbleche jeweils mit einer Elastomerschicht an zugeordneten Keilflächen des Gehäuseteils angehaftet, insbesondere mit einer Gummischicht anvulkanisiert sind. Diese Elastomerschichten können sowohl für einen Toleranzausgleich als auch für Schwingungsdämpfungen verwendet werden. Zudem kann das Lagerinnenteil und/oder das Gehäuseteil aus Kunststoff hergestellt sein, wodurch gegebenenfalls in einfacheren Ausführungsformen Paarungen von Führungsflächen mit Kunststoffflächen als Gleitflächen verwendbar sind.
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Zur Dimensionierung und Realisierung der zweiten Federstufe werden an den gehäuseteilseitigen Anschlagflächen Elastomeranschläge angehaftet, insbesondere Gummianschläge anvulkanisiert. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende Elastomeranschläge auch an den anschlagenden Lagerinnenteilflächen vorgesehen werden. Durch die Größe und Form der Elastomeranschläge kann die Federkennung der zweiten Federstufe festgelegt werden. Vorzugsweise ist dazu ein Elastomeranschlag aufgewölbt und/oder gegebenenfalls teilweise in seine Anschlagfläche eingelassen, wodurch sich ein progressiver Anstieg der Federkennung der zweiten Federstufe ergibt. Je nach den Gegebenheiten können auch flache oder pyramidenförmige Elastomerpakete als Elastomeranschläge verwendet werden.
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Das Lageraußenrohr und die zugeordnete Gehäuseaußenfläche können grundsätzlich rechteckig, quadratisch, oval, etc. ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das elastische Lager jedoch eine zylindrische Grundform. Dabei ist das Lageraußenrohr ein längs geschlitzter Zylinderrohrabschnitt und das Gehäuseteil weist eine zugeordnete zylindrische Gehäuseaußenfläche mit kleinerem Durchmesser auf. Zwischen der Gehäuseaußenfläche und der Außenrohrinnenfläche ist als Elastomerelement eine umlaufende Elastomerringschicht angehaftet, insbesondere als Gummiringschicht einvulkanisiert. Bei der Endmontage wird das zylindrische Lageraußenrohr unter Schließung des Längspalts und mit einer Vorspannung in der Elastomerringschicht in ein im Durchmesser gegenüber dem Lageraußenrohr mit offenem Längsschlitz reduziertes Aufnahmeauge eines ersten Lagerteils eingepresst.
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Durch die aufgebaute Vorspannung in der Elastomerringschicht wird das Lageraußenrohr in üblichen Einsatzfällen verdrehfest im Aufnahmeauge gehalten.
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Falls die axiale Lage im Aufnahmeauge nicht ohnehin durch die Einbaugegebenheiten vorbestimmt ist, kann eine axiale Sicherung gegebenenfalls durch Umbördeln zumindest von Teilbereichen des Außenrohrs realisiert werden.
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Zweckmäßig sind die axialen Längen von Lagerinnenteil, Gehäuseteil und Lageraußenrohr etwa gleich groß, gegebenenfalls nach radial außen abgestuft etwas kleiner werdend, wodurch übliche Einbau- und Montageforderungen abgedeckt sind.
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Bei rauen Umgebungsbedingungen und einem schmutzbelasteten Einsatz eines Lagers ist es erforderlich, die Gleitflächen zur Umgebung hin abzudichten. Dies kann in an sich bekannter Weise mit jeweils beidseitig am Lagerinnenteil und/oder am Gehäuseteil angehafteten Dichtlippen und/oder Dichtmembranen und/oder Dichtkappen erfolgen.
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Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Lager-Herstellteils,
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2 eine Seitenansicht des Lager-Herstellteils,
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3 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 2,
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4 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 2,
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5 eine Seitenansicht entsprechend 2 des Lagers im Einbauzustand, und
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6 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 5.
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Anhand der 1 bis 4 wird der Aufbau des elastischen Lagers 1 als Herstellteil erläutert:
Das elastische Lager 1 besteht aus einem Lageraußenrohr 2, einem Gehäuseteil 3 und einem Lagerinnenteil 4.
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Das Lageraußenrohr 2 ist ein Zylinderrohrabschnitt mit einem Längsspalt 5. Das Gehäuseteil 3 hat eine entsprechende zylindrische Gehäuseaußenfläche 6 mit kleinerem Durchmesser und zwischen der Gehäuseaußenfläche 6 und der Außenrohrinnenfläche 7 ist als Elastomerelement eine umlaufende Elastomerringschicht 8 einvulkanisiert, in die der Längsspalt 5 V-förmig einschneidet.
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Das Gehäuseteil 3 weist einen axialen (Lagerachse 9) Durchbruch 10 als Führungsraum auf, der einerseits durch vier quer zur Lagerachse in einer Führungsrichtung 11 verlaufende plane Führungsflächen 12a, 12b, 12c, 12d begrenzt ist. Dabei bilden die zugeordneten Führungsflächen 12a, 12d eine V-förmig angestellte Keilführung 13a. Die Führungsflächen 12c und 12d bilden eine entsprechende Keilführung 13b. Die beiden Keilführungen 13a und 13b sind mit ihren Keilkanten 14a, 14b im Gehäusedurchbruch 10 beabstandet aufeinander zugerichtet.
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Die Führungsflächen 12a bis 12d der Keilführungen 13a, 13b sind jeweils durch beschichtete Gleitbleche 15 gebildet, die jeweils mit einer Elastomerschicht 16 mit der entsprechenden Keilfläche des Gehäuseteils 3 verbunden sind.
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Der Durchbruch 10 ist in Führungsrichtung 11 beidseitig durch gegenüberliegende Anschlagflächen 17a, 17b begrenzt, an denen jeweils Elastomeranschläge 18a, 18b anvulkanisiert sind, die sich einerseits aufwölben und die andererseits in Vertiefungen der Anschlagflächen 17a, 17b eingelassen sind.
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Das Lagerinnenteil 4 ist in Führungsrichtung 11 kürzer als der Durchbruch 10, so dass sich zu beiden Seiten einer axialen Nulllage jeweils ein freier Verschiebeweg 19a, 19b ergibt. Das Lagerinnenteil weist den beiden gehäuseseitigen konvexen Keilführungen 13a, 13b entsprechend zugeordnete innenteilseitige konkave Keilformen auf und ist somit formschlüssig innerhalb der Verschiebewege 19a, 19b im Gehäuseteil 3 verschiebbar geführt und durch die Elastomeranschläge 18a, 18b wegbegrenzt. Das Lagerinnenteil 4 ist dabei in allen Querrichtungen zur Führungsrichtung 11 im Gehäuseteil 3 abgestützt.
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Das Lagerinnenteil 4 ist zweiteilig ausgeführt mit einer Teilung entlang einer Fläche zwischen den gegenüberliegenden Keilkanten 14a, 14b. Die Innenteilhälften des Lagerinnenteils 4 können bei der Endmontage durch die Verspannkraft einer axial durch das Innenteil geführten Befestigungsschraube 20 (siehe 6) zusammengehalten werden. Bereits bei einer Vormontage können jedoch die Innenteilhälften insbesondere als Transportsicherung zusammengefügt werden (nicht dargestellt).
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In den 5 und 6 ist das elastische Lager 1 gemäß der 1 bis 4 in ein zylindrisches Aufnahmeauge 21 mit einem gegenüber dem Herstellteil nach 2 etwas geringeren Durchmesser eingepresst. Dabei wurde der Längsspalt 5 geschlossen und eine Vorspannung in der Elastomerringschicht 8 aufgebaut. Das Aufnahmeauge 21 ist Bestandteil eines ersten zu lagernden Bauteils und mit der Befestigungsschraube 20 ist ein zweites zu lagerndes Bauteil am Lagerinnenteil 4 angeschlossen.
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Bei einer Relativbewegung der beiden Bauteile in Führungsrichtung 11 ergibt sich eine Lagerauslenkung, wobei innerhalb des Verschiebewegs 19a, 19b keine oder nur eine sehr geringe Rückstellkraft (zum Beispiel durch nicht dargestellte anvulkanisierte Dichtmembrane aus Elastomermaterial) entsteht. Damit kann bei kleinen Amplituden eine Schwingungsentkopplung erreicht werden. In den anderen Raumrichtungen hat das Lager stabile Führungseigenschaften.
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Bei größeren Lagerauslenkungen kommen die Elastomeranschläge 18a, 18b zur Wirkung, wobei entsprechend einer zweiten Federstufe bereits erheblich größere und progressiv ansteigende Rückstellkräfte vorliegen.
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Noch größere Lagerauslenkungen in Führungsrichtung 11 werden molekular in der Elastomerringschicht 8 mit vergleichsweise sehr hoher und progressiv ansteigender Rückstellkraft entsprechend einer dritten Federstufe aufgenommen. Diese dritte Federstufe wirkt ersichtlich auch bei großen Auslenkkräften quer zur Führungsrichtung 11.
