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Die Erfindung betrifft ein Drehstützlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Elastomerlager mit einer prinzipiellen Funktion als Drehstützlager sind in unterschiedlichen Ausführungen allgemein bekannt. Ein gattungsgemäßes Drehstützlager weist ein zylindrisches Innenteil mit einer zentralen Lagerachse zur Verbindung mit einem ersten zu lagernden Bauteil sowie ein, das Innenteil mit Bewegungsfreiräumen umgebendes Außenteil zur Verbindung mit einem zweiten zu lagernden Bauteil auf. In zumindest einem Teil der Bewegungsfreiräume zwischen dem Innenteil und dem Außenteil sind Elastomerkörper angeordnet. Ein solches Lager ist geeignet zur elastischen Aufnahme von Radial-, Axial- und Torsionslasten.
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Beispielsweise ist dazu konkret ein Buchsenlager bekannt mit einem kreiszylindrischen Innenrohr und einem in Durchmesser größeren Außenrohr als Außenteil mit einer dazwischen einvulkanisierten Gummischicht. Ein solches Buchsenlager ist zur Aufnahme sehr hoher Torsionslasten, nur bedingt geeignet, da dann der Elastomerkörper schubspannungsmäßig bis zur Zerstörung überlastet wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Drehstützlager so auszugestalten, dass sehr große Torsionskräfte aufgenommen werden können. Dabei soll anfänglich die Torsionsfedersteifigkeit welch und dann überproportional ansteigend verlaufen, ohne dass Elastomerkörper überlastet, insbesondere schubspannungsmäßig überlastet werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Innenteil eine im Querschnitt sternförmige Außenkontur mit wenigstens drei Sternstegen aufweist, mit jeweils zwei stegseitigen zur radialen Lageraußenseite hin weisenden, in Rotationsrichtung wirkenden Stützflanken und jeweils einer Stegaußenfläche zwischen den Stützflanken als in Radialrichtung wirkender Innenteil-Radialstützfläche.
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Das Außenteil hat eine im Querschnitt gesehen zugeordnete Innenkontur als Innenverzahnung, wobei zugeordnete Zahnstege jeweils zwischen zwei benachbarte Sternstege dergestalt eingreifen, dass Stützflanken und Zahnflanken ebenso wie Innenteil-Radialstützflächen und jeweils zwischen den Zahnstegen liegende Außenteil-Radialstützflächen gegenüberliegen.
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In den Räumen zwischen gegenüberliegenden Stützflanken und Zahnflanken und/oder zwischen Innenteil-Radialstützflächen und Außenteil-Radialstützflächen sind zumindest teilweise Elastomerkörper angebracht.
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Ein solches Drehstützlager ist durch die Anordnung des Innenteils im Außenteil vorteilhaft kompakt aufgebaut und benötigt nur einen geringen Einbauraum. Zudem kann ein solches Drehstützlager durch eine geeignete Auswahl des Elastomermaterials sowie der Größe, Anzahl und Anordnung der Elastomerkörper zur Lösung individueller Aufgaben für die Aufnahme, Abstützung und/oder Dämpfung von Radial-, Axial- und Torsionslasten optimal angepasst werden.
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Dabei kann insbesondere die Torsionsfedersteifigkeit durch die Aufnahme von Torsionslasten über Schubspannungen in den Elastomerkörpern anfänglich weich gestaltet werden. In vielen Einsatzfällen ist eine solche weiche Torsionsfedersteifigkeit bei relativ geringen Torsionsauslenkungen, insbesondere für Schwingungsentkopplungen und Schwingungsdämpfungen zwischen den zu lagernden Bauteilen gefordert. Bei größeren Torsionsauslenkungen zum Beispiel bei betriebsmäßig ungewöhnlich großen Schwingungsauslenkungen oder gegebenenfalls bei einer gewollten Drehmomentübertragung zwischen den zu lagernden Bauteilen wirken jeweils benachbarte Stützflanken und Zahnflanken als gegebenenfalls elastische Anschläge für eine überproportional ansteigend verlaufende Torsionsfedersteifigkeit und zur Verhinderung einer schubspannungsmäßigen Überlastung der Elastomerkörper in Rotationsrichtung. Gleichzeitig kann in radialer Richtung ein Anlaufen und Abstützen des Innenteils am Außenteil durch Elastomerkörper zwischen Innenteil-Radialstützflächen und Außenteil-Radialstützflächen erfolgen.
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Zweckmäßig wird das Innenteil weitgehend symmetrisch mit vier jeweils um 90° versetzten Sternstegen und das Außenteil entsprechend mit vier zugeordneten Zahnstegen ausgeführt.
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In einer ersten Ausführungsform sind zwischen den Innenteil-Radialstützflächen und den Außenteil-Radialstützflächen Elastomerkörper angebracht, welche Radial-, Axial- und Torsionslasten aufnehmen können. Dabei sind die jeweils mit Freiräumen beabstandeten Stützflanken und Zahnflanken mit einer Elastomerschicht überzogen, wodurch insbesondere für hohe Torsionsbelastungen elastische Anschläge mit überproportional stark ansteigender Torsionsfedersteifigkeit geschaffen sind.
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In einer zweiten Ausführungsform sind zusätzlich zu den vorstehend erläuterten Elastomerkörpern bei einer Anordnung mit vier Sternstegen zwischen vier oder zwei radial gegenüberliegenden Stützflanken/Zahnflanken Elastomerkörper angebracht. Diese Elastomerkörper wirken insbesondere bei Torsionsauslenkungen, so dass durch deren Ausgestaltung die anfängliche Torsionsfedersteifigkeit variiert und individuellen Gegebenheiten angepasst werden kann. Ebenso kann damit durch Dimensionierung dieser Elastomerkörper einfach vorbestimmt werden, ab welcher Torsionsbelastung die Anschlagfunktion zwischen Stützflanken und Zahnflanken zur Wirkung kommt.
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An den Stellen mit Elastomerkörpern zwischen Stützflanken und Zahnflanken können deren Abstände für ein ausreichend großes Elastomerkörpervolumen dadurch vergrößert werden, dass die Breite der dortigen Sternstege entsprechend reduziert wird.
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Für eine möglichst gleichförmige Elastomerkörperbelastung sollen die Innenteil-Radialstützflächen konvex ballig nach außen und die zugeordneten Außenteil-Radialstützflächen konkav gewölbt sein. Dazu werden zweckmäßig die Wölbungen der Innenteil-Radialstützflächen und der Außenteil-Radialstützflächen im Querschnitt kreisbogenförmig konzentrisch ausgeführt.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Kreisbögen einer Innenteil-Radialstützfläche und einer zugeordneten Außenteil-Radialstützfläche jeweils aus Kreisen mit einem zur Lagerachse seitlich versetzten, gemeinsamen Kreismittelpunkt gebildet. Dabei ist ersichtlich der Radius für die Innenteil-Radialstützfläche kleiner als der Radius für die Außenteil-Radialstützfläche. Mit einem solchen Kreismittelpunktversatz gegenüber der zentralen Lagerachse wird die Funktion einer exzentrischen Anordnung erreicht, welche den gewünschten Effekt einer überproportional ansteigenden Torsionsfedersteifigkeit nach einer anfänglich weichen Torsionsfedersteifigkeit vorteilhaft verstärkt.
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Weiter wird dieser Effekt dadurch unterstützt, dass die Stützflanken des zugeordneten Sternstegs auf diesen versetzten Kreismittelpunkt hin gerichtet sind, wobei eine zugeordnete Zahnflanke dagegen auf die Lagerachse hin ausgerichtet ist.
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Konstruktiv einfach kann die Außenkontur des Außenteils als kreiszylindrische Buchse mit der Lagerachse als Zylinderachse ausgeführt sein, wobei jedoch auch andere Außenkonturen, zum Beispiel Oval- oder Kastenformen möglich sind.
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Bei einer dritten Ausführungsform ist das Außenteil aus mehreren, vorzugsweise vier gleichen, radial geteilten Außenteilelementen zusammengesetzt, die im Herstellzustand mit unbelasteten Elastomerkörpern an den Teilungsstellen mit Spalten beabstandet sind. Ein solches Außenteil wird bei der Montage in ein im Innendurchmesser dagegen kleineres Aufnahmeauge unter Schließung der Spalte eingepresst. Damit kann, wenn erforderlich, in den Elastomerkörpern eine Vorspannung aufgebracht werden.
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Die Elastomerkörper können in allgemein bekannter Weise als einvulkanisierte Gummikörper ausgeführt sein.
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Anhand einer Zeichnung werden drei Ausführungseispiele der Erfindung erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Drehstützlager einer ersten Ausführungsform,
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2 eine axiale Draufsicht auf das Drehstützlager nach 1,
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3 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A von 2,
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4 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Drehstützlagers,
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5 eine axiale Draufsicht auf das Drehstützlager nach 4,
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6 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A von 5,
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7 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Drehstützlagers im Herstellzustand,
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8 einen Querschnitt entsprechend 7 im montierten Zustand,
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9 eine axiale Draufsicht entsprechend 8, und
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10 einen Längsschnitt entsprechend der Linie A-A aus 9.
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In den 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform eines Drehstützlagers 1 dargestellt. Das Drehstützlager besteht aus einem zylindrischen (jedoch nicht kreiszylindrischen) Innenteil 2 mit einer zentralen Lagerachse 3 und einem das Innenteil 2 umgebenden und aufnehmenden Außenteil 4.
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Das Innenteil 2 weist eine im Querschnitt sternförmige Außenkontur mit drei um 90° jeweils versetzten Sternstegen 5a, 5b, 5c, 5d auf. Die Gestalt und Funktion der vier gleichen Sternstege 5a, 5b, 5c, 5d wird anhand des Sternstegs 5a erläutert:
Der Sternsteg 5a hat zwei seitliche, in Rotationsrichtung wirkende Stützflanken 6, 7 sowie eine Stegaußenfläche als Innenteil-Radialstützfläche 8 zwischen den Stützflanken 6, 7. Die Innenteil-Radialstützfläche 8 ist im Querschnitt als Kreisbogen eines Kreises ausgeführt, dessen Kreismittelpunkt 9 um eine Strecke 10 seitlich versetzt zur Lagerachse 3 liegt. Die Stützflanken 6, 7 sind ebenfalls auf den versetzten Kreismittelpunkt 9 in gerichtet (siehe strichlierte Linien 11, 12).
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Das Außenteil 4 hat eine im Querschnitt gesehen der Außenkontur des Innenteils 2 zugeordnete Innenkontur als Innenverzahnung 13 mit vier Zahnstegen 14a, 14b, 14c, 14d, wobei die Zahnstege 14 jeweils zwischen zwei benachbarte Sternstege 5 mit Bewegungsfreiräumen in Rotations- und Radialrichtung eingreifen. Anhand des Zahnstegs 14a wird die Gestalt und Funktion der jeweils gleichen Zahnstege 14a, 14b, 14c, 14d erläutert:
Der Zahnsteg 14a greift keilförmig zwischen die Sternstege 5a und 5d ein mit Zahnflanken 15 und 16. Dabei ist die zur Stützflanke 6 benachbarte Zahnflanke 15 auf die Lagerachse 3 hin gerichtet (siehe strichlierte Linie 17). Die andere Zahnflanke 16 verläuft parallel und versetzt zur benachbarten Stützflanke des Sternstegs 5d, welcher entsprechend der Stützflanke 7 ebenfalls auf einem (nicht dargestellten) zur Lagerachse 3 versetzten, dem Sternsteg 5d zugeordneten Kreismittelpunkt hin gerichtet ist.
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Der Innenteil-Radialstützfläche 8 mit dem Radius 18 ist eine Außenteil-Radialstützfläche 19 zugeordnet, die ebenfalls kreisbogenförmig mit dem Kreismittelpunkt 9 und dem größeren Radius 20 ausgeführt ist. In den dadurch gebildeten Spalt zwischen der Innenteil-Radialstützfläche 8 und der Außenteil-Radialstützfläche 19 ist jeweils ein Elastomerkörper 21a, 21b, 21c, 21d als Gummikörper einvulkanisiert.
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Die jeweils beabstandeten und gegenüberliegenden Stützflanken 6, 7 und Zahnflanken 15, 16 sind mit einer Elastomerschicht 22 zur Ausbildung elastischer Anschläge überzogen.
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Das Drehstützlager 1 nach den 1 bis 3 kann Axial-, Radial- und Rotationslasten aufnehmen und abstützen. Solange Rotationslasten in den Elastomerkörpern 21 aufgenommen werden, ist die Rotationsfedersteifigkeit relativ weich, wobei durch den Versatz 10 zwischen der Lagerachse 3 und jeweils einem zugeordneten Kreismittelpunkt 9 ein für Auslegungen und Anpassungen verwendbarer Exzentereffekt hinzukommt. Bei größeren Auslenkungen erfolgt über die Elastomerschicht 22 jeweils eine Anlage und ein Anschlag zugeordneter Stützflanken/Zahnflanken, wodurch die Torsionsfedersteifigkeit überproportional stark ansteigt.
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Das Innenteil 2 weist hier eine zentrale Bohrung 23 für eine Rohranbindung eines ersten zu lagernden Bauteils auf. Alternativ dazu kann auch eine an sich bekannte Pratzenanbindung mit in 3 strichliert eingezeichneten beidseitigen Pratzen 24 erfolgen.
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Das Außenteil 4 hat eine kreiszylindrische Außenkontur 25 mit der Lagerachse 3 als Zylinderachse. Das Außenteil 4 kann mit üblichen Verbindungstechniken kraft- und/oder formschlüssig mit einem zweiten zu lagernden Bauteil verbunden werden.
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In den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform eines Drehstützlagers 1 gezeigt, das prinzipiell gleich wie das Drehstützlager nach den 1 bis 3 aufgebaut ist. Daher sind gleiche Bauelemente und Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und es werden nur die wesentlichen Unterschiede erläutert:
Insbesondere aus dem Querschnitt nach 4 ist ersichtlich, dass zusätzlich zu den Elastomerkörpern 21a bis 21d beziehungsweise mit diesen zusammenhängend weitere vier Elastomerkörper 26a, 26b, 26c, 26d mit vergleichsweise größerem Volumen zwischen dem Innenteil 2 und dem Außenteil 4 zusätzlich angebracht sind. Die Elastomerkörper 26a und 26c sowie 26b und 26d sind jeweils gegenüberliegend zwischen dem Zahnsteg 14b und Sternsteg 5b sowie dem Zahnsteg 14d und dem Sternsteg 5d und entsprechend zwischen dem Zahnsteg 14c und dem Sternsteg 5c sowie zwischen dem Zahnsteg 14a und dem Sternsteg 5a angeordnet. Im Bereich der relativ voluminösen Elastomerkörper 26a bis 26d sind gegenüber der ersten Ausführungsform die angrenzenden Sternstege 5a bis 5d in ihrer Breite reduziert.
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Mit den zusätzlichen Elastomerkörpern 26a bis 26d der zweiten Ausführungsform sind gegenüber der ersten Ausführungsform Anpassungen an individuelle Gegebenheiten und Anforderungen sowie Optimierungen möglich.
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In den 7 bis 10 ist eine dritte Ausführungsform eines Drehstützlagers 1 gezeigt, welches im Wesentlichen den vorstehenden beiden Ausführungsformen hinsichtlich der Gestalt und der Funktion entspricht, so dass gleiche Bauelemente und Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und nur die wesentlichen Unterschiede erläutert werden.
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Ersichtlich besteht auch dieses Stützlager aus dem sternförmigen Innenteil 2 und dem Außenteil 4 mit entsprechender Innenverzahnung. Es sind auch hier die radial äußeren Elastomerkörper 21a, 21b, 21c und 21d vorgesehen sowie die beiden gegenüberliegenden Elastomerkörper 26a und 26c (die Elastomerkörper 26b und 26d der zweiten Ausführungsform sind hier nicht verwendet).
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Der wesentliche Unterschied der dritten Ausführungsform zu den beiden vorstehenden Ausführungsformen besteht darin, dass das Außenteil 4 hier aus vier gleichen radial geteilten Außenteilelementen 28a, 28b, 28c, 28d zusammengesetzt ist. Im Herstellzustand mit bereits einvulkanisierten und unbelasteten Elastomerkörpern 21a bis 21d und 26a und 26c (in 7 dargestellt) sind die vier Außenteilelemente 28a bis 28d an den Teilungsstellen mit Spalten 29a, 29b, 29c, 29d beabstandet.
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Bei der Montage wird das vierteilige Außenteil 4 in ein im Innendurchmesser kleineres Aufnahmeauge 27 eingepresst (in den 8 bis 10 dargestellt), wodurch die Spalte 29a bis 29d geschlossen und der Raum für die Elastomerkörper 21 reduziert wird, so dass in den Elastomerkörpern 21 und 26 eine Vorspannung aufgebaut wird.
