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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gummimetalllager für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen damit ausgestatteten Trapezlenker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie eine Radaufhängung, insbesondere eine Einzelradaufhängung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Gattungsbildende Gummimetalllager sind in vielfältigen Ausführungen bekannt und werden auf den verschiedensten technischen Gebieten eingesetzt, wenn ein erstes Bauelement schwenkbar an einem zweiten Bauelement befestigt und dabei gleichzeitig die Übertragung störender Laststöße oder dadurch bedingter Geräusche vermieden werden sollen. Gummimetalllager werden in den verschiedensten Ausführungsformen insbesondere als Führungsgelenke an Achs- und Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie müssen in der Lage sein, die beim Ein- und Ausfedern der Räder auftretenden Schwenkbewegungen der Radführungsglieder, das heißt der Radführungslenker und dergleichen, auszuführen, wobei der elastische Gummikörper auf Scherung beansprucht wird, sowie die an der Achs- bzw. Radaufhängung auftretenden Vibrationen zu absorbieren.
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Gummimetalllager werden in speziellen Ausbildungen aber auch verwendet, um zusätzlich das Eigenlenkverhalten eines Kraftfahrzeugs sowohl bei Kurvenfahrt als auch bei Lastwechsel zu beeinflussen. Bekanntlich tritt bei den meisten Kraftfahrzeugen bei Kurvenfahrt infolge von vorhandenen Elastizitäten in der Radaufhängung unter der Einwirkung der Seitenkräfte auf die Räder eine Neigung zur Übersteuerung ein, die allgemein unerwünscht ist. Um dieser Übersteuerungsneigung entgegenzuwirken, ist es bekannt, für die aufbauseitige Anlenkung zum Beispiel eines Querlenkers, das heißt eines Radführungslenkers, dessen Schwenkachse etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse verläuft, Gummimetalllager von unterschiedlicher Nachgiebigkeit einzusetzen und diese so zu bemessen, dass der Radträger bei Kurvenfahrt um eine im wesentlichen vertikale Achse schwenkbar ist und somit unter der Wirkung der bei der Kurvenkraft auftretenden Flieh- bzw. Seitenkräfte in Richtung Vorspur geschwenkt wird.
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Hierfür werden beispielsweise Gummimetalllager eingesetzt, die unter radialer Lasteinwirkung infolge von im elastischen Material angeordneten Aussparungen in bestimmten Richtungen besonders nachgiebig sind. Ebenso sind Ausführungen von Gummimetalllagern bekannt, die speziell für die zu übertragenden Kräfte von Schräglenkern, das heißt Radführungslenkern, deren Schwenkachsen etwas schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufen, oder von Längslenkern, das heißt Radführungslenkern, deren Schwenkachsen im Wesentlichen rechtwinklig zur Fahrzeuglängsachse verlaufen, ausgelegt sind.
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Ein Gummimetalllager ist z.B. in der
JP 2006 160 008 A beschrieben. Bei diesem Gummimetalllager sind die beiden asymmetrisch zueinander angeordneten Gummidämpfungselement halbkreisförmig als eine durchgehende Einheit ausgebildet. In der
US 5,246,246 A ist ebenfalls ein Gummimetalllager offenbart, welches eine Außenbuchse und eine Innenbuchse aufweist, an denen ein elastischer Grundkörper befestigt ist. Stirnseitig sind Ausnehmungen vorgesehen, wobei umfangsseitig dünne Schichten vorgesehen sind.
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So offenbart auch die
EP 1 216 859 A2 eine Verbundlenker-Hinterradaufhängung für ein Kraftfahrzeug. Die beiden, den Verbundlenker bildenden Längslenker sind aufbauseitig über jeweils ein Gummimetalllager an dem Fahrzeugaufbau angelenkt. Die Gummimetalllager sind im Wesentlichen aus einer zylinderförmigen Innenbuchse und einer dazu koaxialen, zylinderförmigen Außenbuchse, gebildet, wobei zwischen der Außenseite der Innenbuchse und der Innenseite der Außenbuchse ein elastomeres Element fest eingefügt ist und die Innen- sowie die Außenbuchse elastisch miteinander verbindet. Zur Begrenzung der lateralen Beweglichkeit der Verbundlenkerachse wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, das elastomere Element im Bereich der äußeren Stirnfläche der Außenbuchse derart in axialer Richtung aus dem Gummimetalllager hervorragen zu lassen, dass es einen an die äußere Stirnfläche der Außenbuchse angrenzenden und sich an dieser Fläche abstützenden, durchgehenden axialen Dämpfungsring (Snubber-Ring) bildet. Dieser, der äußeren Stirnfläche der Außenbuchse vorgelagerte Dämpfungsring begrenzt die axiale Beweglichkeit des Gummimetalllagers in der Lagerhalterung nach außen und folglich die laterale Beweglichkeit der Verbundlenkerachse.
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Des Weiteren ist aus der
EP 1 319 534 A2 ein Gummimetalllager zur Lagerung der Längslenker einer Verbundlenkerachse an einem Fahrzeugaufbau bekannt, die eine Außenbuchse mit einem horizontalen Abschnitt und einem hierzu senkrechten Flanschabschnitt umfasst, einen in die Außenbuchse eingefügten, elastischen Hauptkörper mit einem horizontalen Abschnitt, der mit dem horizontalen Abschnitt der Außenbuchse verbunden ist, und einem zu dem horizontalen Abschnitt vertikalen Abschnitt, der mit dem Flanschabschnitt der Außenbuchse verbunden ist, und eine Innenbuchse, die in den Hauptkörper eingefügt ist. Zur Beeinflussung der Steifigkeit des elastischen Hauptkörpers sind in diesen zwei axiale Öffnungen eingebracht, eine erste in einem vorderen Abschnitt des Hauptkörpers von außen nach innen und eine zweite in einem hinteren Abschnitt des Hauptkörpers von innen nach außen. Außerdem ist der elastische Hauptkörper neben seinem horizontalen Abschnitt auch in seinem vertikalen Abschnitt asymmetrisch ausgebildet. Die Dicke des vertikalen Abschnitts ist in einem vorderen Bereich kleiner ausgebildet als in einem hinteren Bereich. Ferner ist die Dicke eines Außenabschnitts des vorderen Bereichs des horizontalen Hauptkörperabschnitts ebenfalls kleiner als jene des hinteren Bereichs.
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Darüber hinaus sind auch Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge bekannt, in denen spezielle Ausführungen von Gummimetalllagern für die Verbindung einzelner Radaufhängungskomponenten, insbesondere Radführungslenker, zur Anwendung kommen, um das Spur- bzw. Eigenlenkverhalten der von einer Radaufhängung angelenkten Räder sowohl bei Kurvenfahrten als auch bei Lastwechseln positiv, das heißt in der Regel im Sinne einer Verstellung Richtung Vorspur, zu beeinflussen.
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So offenbart die
DE 197 22 650 A1 beispielsweise ein doppelquerlenkerartiges Federungssystem eines Hinterrads eines Kraftfahrzeugs, das auf das Federungssystem Längskräfte aufgrund von Fahrbahnunregelmäßigkeiten und einer Radbremsung mittels einer Unterscheidung dazwischen derart nachkommt, dass eine Abweichung der Radausrichtung (Spur) gegen eine Längskraft aufgrund von Fahrbahnunregelmäßigkeiten unterdrückt wird, während es eine Abweichung der Radausrichtung für eine Längskraft aufgrund einer Radbremsung erlaubt. Hierzu weisen ein oder mehrere Gummimetalllager, mit denen ein Querlenker am Fahrzeugaufbau angelenkt ist und/oder mit denen ein Radträger bzw. eine Radnabe an dem Querlenker angelenkt sind, einen uneinheitlichen Elastizitätsmodul in Querschnittsrichtung senkrecht zu dessen Schwenkachse auf. Um diesen uneinheitlichen Elastizitätsmodul zu realisieren, wird vorgeschlagen, das Gummimaterial des Gummimetalllagers mit einem Paar bogenförmiger Freiräume ohne elastisches Material zu versehen.
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Ebenso ist aus der
US 4,603,882 eine Schräglenker-Hinterradaufhängung eines Kraftfahrzeugs bekannt, die eine Vorspurverstellung an einem Hinterrad unter einer Seitenkraft, einer Bremskraft, einer Motorbremskraft und einer Motorantriebskraft bewirkt. An einem Aufhängungslenker ist eine Radnabe bzw. ein Radträger über ein Kugelgelenk und zwei Gummimetalllager angelenkt. Um nun die Vorspurverstellung des Radträgers unter den vorgenannten Kräften zu bewirken, wird vorgeschlagen, die Längsachsen der beiden Gummimetalllager derart auszurichten, dass entsprechend ihrer Anordnung und Lagebeziehung zu dem Kugelgelenk eine Vorspurverstellung des Radträgers unter den genannten Kräften erfolgt. Eine Ausführungsform sieht die Anordnung einer Anschlagscheibe aus relativ hartem Gummi zwischen einem axialen Ende des Gummimetalllagers und einem das Gummimetalllager haltenden Lagerbügel des Querlenkers vor, um so die Bewegungsrichtung des Gummimetalllagers lediglich in einer festgelegten axialen Richtung zu ermöglichen.
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Eine in der
US 5,503, 376 A beschriebene hydraulisch dämpfende Hülsengummifeder enthält zwei voneinander unabhängige, als Gummimetallelemente ausgebildete Ringteile, die in axialer Richtung zusammengefügt sind, wobei die Ringteile jeweils eine innere Stützhülse und eine die innere Stützhülse mit radialem Abstand umschließende äußere Stützhülse aufweisen, wobei die inneren und äußeren Stützhülsen durch einen Federkörper aus elastomerem Werkstoff miteinander verbunden sind. Diese Hülsengummifeder ist so konzipiert, dass sie große statische Lasten in radialer Richtung abstützen und gleichzeitig hohe dynamische Lasten in axialer Richtung aufnehmen kann, um beispielsweise ein Fahrerhaus eines Kraftfahrzeuges gegenüber dem Fahrgestell abzustützen. Bei dieser Hülsengummifeder sind als Gummiüberlauf bezeichnete Gummibereiche an ihren Stirnflächen, die in axialer Richtung Stützflanschen zugewandt sind, mit einer Profilierung in Form von ovalen Noppen versehen, um herstellungsbedingte axiale Toleranzen der Hülsengummifeder und eines die Hülsengummifeder aufnehmenden Lagerbocks auszugleichen. Diese Noppen sind im Bereich der beiden den äußeren Stützflanschen zugewandten Stirnflächen symmetrisch zueinander, gleichmäßig über den Umfang der Stirnflächen verteilt. Die
US 5,503,376 A offenbart kein Gummimetalllager, bei dem die auf vorderen und hinteren Stirnflächen einer Außenbuchse angeordneten, vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente asymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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Die
US 5,899,431 A offenbart ein elastisches Lager beziehungsweise Gelenk, insbesondere für eine Kraftfahrzeugachse, mit einem die Federwege des Fahrzeugs in Vertikal- und Längsrichtung dämpfenden Element und einem zum Dämpfungselement koaxialen Element, das die Kraftfahrzeuglängsschwingungen kleiner Amplitude filtert. Das Dämpfungselement und das davon unabhängige filternde Element sind ineinander gesteckt und bestehen jeweils aus zwei aus Elastomermaterial bestehenden, symmetrischen und einander gegenüberstehenden Blöcken, die abwechselnd um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die in Ringform angeordneten Blöcke der voneinander unabhängigen Elemente haben in axialer Richtung unterschiedliche Höhen. Das Dämpfungselement weist eine äußere Verstärkung auf. Das filternde Element enthält einen metallischen Zentralkern und zwei einander gegenüberliegende metallische Verstärkungen, wobei die Blöcke aus elastomerem Material zwischen den Zentralkern und die beiden äußeren Verstärkungen eingegossen ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gummimetalllager zu schaffen, das für die Verwendung als Verbindungsgelenk zwischen Radführungslenkern einer Radaufhängung, insbesondere einer Einzelradaufhängung, der ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs derart geeignet ist, dass es eine genaue und speziell auf das zu erzielende Eigenlenkverhalten abgestimmte Elastizität beziehungsweise Steifigkeit des Gummimetalllagers und damit des durch die Radaufhängung angelenkten Rads unter der Wirkung der bei Kurvenfahrten oder Lastwechseln an dem Rad bzw. der Radaufhängung angreifenden Kräfte zulässt. Darüber hinaus hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Trapezlenker und eine Radaufhängung, insbesondere eine Einzelradaufhängung, für die ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die das gewünschte Eigenlenkverhalten des durch den Trapezlenker bzw. die Radaufhängung angelenkten Fahrzeugrads sowohl bei Kurvenfahrten wie auch bei Lastwechseln, insbesondere auch beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs, ermöglicht. Ferner sollen der Trapezlenker und die Radaufhängung eine ausgezeichnete Kurvenstabilität des Kraftfahrzeugs sowie eine exakte Reaktion auf Lenkeingaben erreichen und darüber hinaus langlebig sowie kostengünstig herzustellen sein.
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Diese Aufgaben werden durch ein Gummimetalllager mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Trapezlenker mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Ein erfindungsgemäßes Gummimetalllager für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs umfasst einen zwischen einer Außenbuchse und einer dazu koaxial ausgerichteten Innenbuchse angeordneten und an diesen befestigten, insbesondere beispielsweise anvulkanisierten, elastischen Gummikörper. Die Außenbuchse weist eine vordere Stirnfläche und eine hintere Stirnfläche auf, an denen jeweils mehrere zueinander beabstandete vordere und hintere Gummidämpfungselemente angebracht sind, wobei die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente asymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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Der Begriff „Gummimetalllager“ stellt im Sinne der Erfindung keine Einschränkung bezüglich einer ausschließlichen Verwendung von Gummi als Gummikörper und Metall als Innen- bzw. Außenbuchse dar. Vielmehr umfasst die Bezeichnung „Gummi“ ebenfalls jedes andere gummiähnliche, elastische Material, zum Beispiel formfeste, jedoch elastisch verformbare Kunststoffe (Elastomere). In analoger Weise können die Innen- bzw. Außenbuchse des Gummimetalllagers, wie an sich bekannt, aus einem Metallwerkstoff hergestellt sein, ebenso jedoch auch jedes andere Material, zum Beispiel Kunststoff, umfassen, sofern sich das Material für die Funktion als Innen- bzw. Außenbuchse des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers eignet.
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Als asymmetrische Anordnung von mehreren vorderen und hinteren Gummidämpfungselementen ist beispielsweise deren diametrale Anordnung zueinander zu verstehen. Diametral im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass ein beliebiger Punkt eines vorderen Gummidämpfungselements mit seinem entsprechenden gegenüberliegenden Punkt des hinteren Gummidämpfungselements über eine Raumdiagonale verbunden ist, wobei die Raumdiagonale durch den Körpermittelpunkt des Gummimetalllagers verläuft. Der Körpermittelpunkt des Gummimetalllagers wird in der Regel etwa dem Körperschwerpunkt entsprechen.
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Die asymmetrische Anordnung von mehreren vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente verleiht dem erfindungsgemäßen Gummimetalllager eine genaue und speziell auf das zu erzielende Eigenlenkverhalten abgestimmte Elastizität bzw. Steifigkeit des Gummimetalllagers und ein asymmetrisches Verhalten in dem Fall, dass Kräfte, insbesondere axiale Kräfte, auf die vordere und hintere Stirnfläche, beispielsweise über einen das Gummimetalllager haltenden Lagerbügel, einwirken. Bei einer üblichen Befestigung des Gummimetalllagers beispielsweise an einem Radführungslenker, zum Beispiel einem Querlenker, wird das Gummimetalllager mittels eines durch die Innenbuchse steckbaren Befestigungsmittels, zum Beispiel einem Bolzen oder einer Schraube, gehalten. Das Befestigungsmittel wird hierbei seinerseits von zwei, das Gummimetalllager umgebenden Lagerbügeln des Radführungslenkers in an sich bekannter Weise gehalten und befestigt. Die Lagerbügel begrenzen somit allgemein die Bewegbarkeit des Gummimetalllagers in axialer Richtung und können axiale Kräfte auf die vordere bzw. hintere Stirnfläche der Außenbuchse über die entsprechenden vorderen bzw. hinteren Gummidämpfungselemente übertragen.
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Die in axialer Richtung wirkende und das erfindungsgemäße Gummimetalllager axial in einer Richtung komprimierende Kraft bewirkt aufgrund der asymmetrischen Anordnung der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente zueinander somit ein Drehmoment auf das Gummimetalllager, das heißt bei ausreichender elastischer Komprimierbarkeit der Gummikörpers in radialer Richtung führt das Drehmoment zu einer Drehung des Gummimetalllagers um eine senkrecht auf der Axial- bzw. Längsachse des Gummimetalllagers stehenden Raumachse. Diese Drehbarkeit des Gummimetalllagers kann zur gezielten Steuerung des Spur- bzw. Eigenlenkverhaltens des mit dem Gummimetalllager über den Radträger verbundenen Rads genutzt werden. Insbesondere wird die asymmetrische Anordnung der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers derart bezüglich einer Anordnung zwischen dem Radführungslenker und dem Radträger gewählt, dass in der Regel eine Verstellung der Radspur sowohl bei Kurvenfahrten wie auch bei Lastwechseln, insbesondere auch beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs, Richtung Vorspur erfolgt, was sich allgemein stabilisierend auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs auswirkt.
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Die in axialer Richtung wirksame Gesamtelastizität bzw. -steifigkeit der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente kann in einfacher Weise über die Anzahl und den Abstand der Elemente zueinander festgelegt werden.
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Eine weitere einfache Möglichkeit, die in axialer Richtung wirksame Gesamtelastizität bzw. -steifigkeit der an einer Stirnfläche angeordneten Gummidämpfungselemente festzulegen, besteht darin, die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente mit unterschiedlichen Längen und/oder Breiten und/oder Höhen zu versehen. Durch unterschiedliche Höhen der Gummidämpfungselemente lässt sich beispielsweise die Federkonstante jedes einzelnen bei einer Kompression als Feder wirkenden Gummidämpfungselements in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Grad der Komprimierung festlegen. Eine derartig wegabhängige Federkonstante lässt sich in vorteilhafter Weise ebenfalls dadurch erreichen, dass die Gummidämpfungselemente mit einem konusförmigen Profil versehen werden. Insgesamt lassen sich durch die Wahl geeigneter Abstände der Gummidämpfungselemente zueinander sowie deren Längen und/oder Breiten und/oder Höhen sowie ihrer Profile die in axialer Richtung wirkende Elastizität bzw. Steifigkeit sowohl wegunabhängig als auch wegabhängig, das heißt den tatsächlichen Grad der Komprimierung berücksichtigend, variieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die vorderen Gummidämpfungselemente in einem vorderen Umfangsabschnitt der vorderen Stirnfläche und die hinteren Gummidämpfungselemente in einem hinteren Umfangsabschnitt der hinteren Stirnfläche angeordnet, wobei der vordere Umfangsabschnitt und der hintere Umfangsabschnitt jeweils maximal die Hälfte der entsprechenden gesamten Stirnfläche bilden und der vordere Umfangsabschnitt diametral zum hinteren Umfangsabschnitt angeordnet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich das Gummimetalllager wie vorstehend beschrieben unter der Einwirkung des Drehmoments um einen gewissen Winkel quer zur Lagerlängsachse drehen kann, da beispielsweise der dem vorderen Umfangsabschnitt genau gegenüberliegende Bereich (nicht diametral gegenüberliegende Bereich) der hinteren Stirnfläche keine Gummidämpfungselemente aufweist und somit ein ausreichender Freiraum zwischen diesem Bereich der Stirnfläche und einem Lagerbügel für eine Drehung des Gummimetalllagers verbleibt. Die Drehung setzt allerdings eine gewisse elastische Komprimierbarkeit des Gummikörpers in radialer Richtung voraus. Eine derartige radiale Komprimierbarkeit kann beispielsweise mit den aus dem Stand der Technik an sich bekannten und hierin bereits im Einleitungsteil erwähnten Mitteln bereitgestellt werden.
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Für eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung sind die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit dem Gummikörper einstückig ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente hierbei über einen relativ schmalen Gummisteg mit dem Gummikörper verbunden, so dass sie beispielsweise für ein einfacheres Einfügen des Gummikörpers in die Außenbuchse umgeklappt werden können.
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Ein vorteilhaftes, direktes Ansprechen des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers auf eine Richtungsänderung des Fahrzeugs oder einen Beschleunigungs- und/oder Verzögerungs-/Bremsvorgang wird erreicht, indem die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente im Wesentlichen bereits in einem unbelasteten Zustand des Gummimetalllagers spielfrei zwischen der vorderen Stirnfläche und/oder der hinteren Stirnfläche und einem entsprechenden, das Gummimetalllager haltenden Lagerbügel angeordnet sind. Das direkte und genaue Ansprechen auf Lenkeingaben leistet einen wesentlichen Beitrag für eine gute Kurvenstabilität des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich zur spielfreien Anlage der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente an den Lagerbügel ist ebenfalls eine die Gummidämpfungselemente komprimierende Vorspannkraft auf das Gummimetalllager im eingebauten Zustand aufbringbar. Hierdurch lässt sich bereits in einem normalen Einbauzustand eine gewisse Verdrehung des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers in Richtung Vorspur erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die vordere und hintere Stirnfläche jeweils flanschartig ausgebildet sind und sich etwa rechtwinklig zur Längsachse des Gummimetalllagers erstrecken. Somit können die vordere und hintere Stirnfläche entsprechend den von ihnen während der Verwendung in einer Radaufhängung bzw. einem Radführungslenker aufzunehmenden axialen Kräften ausgelegt werden. Ferner erleichtert eine entsprechend breit ausgelegte Stirnfläche die Anordnung und Befestigung der Gummidämpfungselemente im Vergleich zu einer Stirnfläche, die im Wesentlichen lediglich der Dicke des Hülsenmaterials entspricht. Außerdem kann die flanschartige Stirnfläche ebenso als axiale Begrenzung für ein mit der Außenhülse zu verbindendes Bauelement, zum Beispiel ein Radträger bzw. eine Radnabe, dienen.
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Ein erfindungsgemäßer Radführungslenker, insbesondere ein Trapezlenker, für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs umfasst zwei aufbauseitige Anbindungsstellen zur Anbindung des Trapezlenkers an einen Fahrzeugaufbau oder einen mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen und zwei radträgerseitige Anbindungsstellen zur Anbindung eines Radträgers, wobei wenigstens das in Fahrtrichtung hintere, radträgerseitige Lager ein Gummimetalllager ist, wie es in den beigefügten Ansprüchen 1 bis 7 und der Beschreibung hierin dargelegt ist. Der erfindungsgemäße Trapezlenker bietet den wesentlichen Vorteil, dass ein normalerweise als hinteres, radträgerseitiges Kugelgelenklager verwendetes Lager zur Anlenkung des Radträgers entfallen und durch das erfindungsgemäße Gummimetalllager ersetzt werden kann. Durch die allgemein kostengünstigere Herstellbarkeit von Gummimetalllagern im Vergleich zu Kugelgelenklagern, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Trapezlenker Kostenvorteile erzielen.
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Das Eigenlenkverhalten des Trapezlagers kann durch das erfindungsgemäße Gummimetalllager wie bereits zuvor beschrieben auf einfache Weise festgelegt werden. Eine Drehung des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers quer zu seiner Längsachse führt zu einer Drehung des gesamten Trapezlenkers um eine im Wesentlichen zur Erstreckungsebene des Trapezlenkers senkrechte Drehachse, wodurch eine Spurverstellung des an den Trapezlenker angebundenen Radträgers möglich wird. Der erfindungsgemäße Trapezlenker bietet gegenüber der Verwendung eines Kugelgelenklagers den weiteren Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäßen Gummimetalllager eine Verstellung in Richtung Vorspur auch bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs möglich ist, was mit einem an sich starren Kugelgelenk nicht möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht der erfindungsgemäße Trapezlenker einem Kraftfahrzeug eine ausgezeichnete Kurvenstabilität.
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Ferner umfasst eine erfindungsgemäße Radaufhängung, insbesondere eine Einzelradaufhängung, für die ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs einen Radträger, der über wenigstens einen Radführungslenker, insbesondere einen zuvor beschriebenen Trapezlenker, an einem Fahrzeugaufbau oder einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen angelenkt ist. Zur Anbindung des Radträgers an den Radführungslenker ist wenigstens ein Gummimetalllager vorgesehen, wie es in den beigefügten Ansprüche 1 bis 7 und der Beschreibung hierin dargelegt ist. Die Ausrichtung und Anordnung des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers ist erfindungsgemäß derart, dass die vordere Stirnfläche des Gummimetalllagers in Fahrtrichtung und die hintere Stirnfläche entgegen der Fahrtrichtung angeordnet sind.
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Die erfindungsgemäße Radaufhängung erlaubt auf diese Weise eine gezielte Beeinflussung des Spur- bzw. Eigenlenkverhaltens des durch die Radaufhängung angelenkten Rads unter der Wirkung der bei Kurvenfahrten oder Lastwechseln an dem Rad bzw. der Radaufhängung angreifenden Kräfte. Darüber hinaus bietet sie eine ausgezeichnete Kurvenstabilität sowie eine exakte Reaktion auf Lenkeingaben und ist zudem langlebig sowie kostengünstig herzustellen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Radführungsträgers, der ein ebenfalls erfindungsgemäßes Gummimetalllager aufweist,
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2 zwei Querschnittsansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers,
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3 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers,
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4 eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers,
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5 eine Vorderansicht eines Gummidämpfungselements des Gummimetalllagers aus 4 und
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6 eine Grafik zur Veranschaulichung des Momentverlaufs in Abhängigkeit einer Drehung eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers in Richtung Vorspur und Nachspur.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 stellt eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Radführungslenkers 1 dar. Die dargestellte Einbaulage wird durch einen Fahrtrichtungspfeil 2 eines nicht dargestellten Fahrzeugs verdeutlicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Radführungslenker 1 ein verwindungssteifer Querlenker bzw. ein Trapezlenker, der zwei aufbauseitige Anbindungsstellen 3 zur Anbindung des Trapezlenkers 1 an einen in 1 ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugaufbau oder einen mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen. Die in der 1 gezeigte linke aufbauseitige Anbindungsstelle 3 ist eine in Fahrtrichtung 2 gesehen vordere, innere Anbindungsstelle 3, während die rechte Anbindungsstelle 3 eine hintere, innere Anbindungsstelle 3 darstellt.
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Darüber hinaus weist der Radführungs- bzw. Trapezlenker 1 ebenfalls zwei radträgerseitige Anbindungsstellen 4 zur Anbindung eines Radträgers 5 auf. Der Radträger 5 ist in 1 lediglich symbolisch dargestellt. Analog zu den aufbauseitigen Anbindungsstellen 3 lassen sich auch die radträgerseitigen Anbindungsstellen 4 in eine in Fahrtrichtung 2 gesehene vordere, äußere radträgerseitige Anbindungsstelle 4 (linke Anbindungsstelle 4 in 1) und eine hintere, äußere radträgerseitige Anbindungsstelle 4 (rechte Anbindungsstelle 4 in 1) unterscheiden. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist wenigstens die hintere radträgerseitige Anbindungsstelle 4 ein Gummimetalllager 6 gemäß der hierin beschriebenen Erfindung auf. Eine erste beispielhafte Ausführungsform des Gummimetalllagers 6 wird im Folgenden anhand der 2 beschrieben.
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In 2 sind zwei Querschnittsansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 6 dargestellt. Die linke Ansicht zeigt einen Schnitt durch das Gummimetalllager 6 entlang seiner Längsachse 7, die gleichzeitig mit der X-Achse der in 2 angegebenen drei Koordinatenachsen X, Y und Z zusammenfällt. Die rechte Ansicht der 2 zeigt das Gummimetalllager 6 in einer Querschnittsansicht senkrecht zur X- bzw. Längsachse 7 entlang der in der linken Ansicht dargestellten Schnittlinie A-A.
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Im Längsschnitt des Gummimetalllagers 6 sind deutlich eine Außenbuchse 8 sowie eine hierzu koaxial ausgerichtete Innenbuchse 9 zu erkennen. Zwischen der Außenbuchse 8 und der Innenbuchse 9 ist ein elastischer Gummikörper 10 befestigt, zum Beispiel ist der Gummikörper 10 in an sich bekannter Weise an die Außenbuchse 8 und an die Innenbuchse 9 anvulkanisiert. Ferner weist die Außenbuchse 8 sowohl eine vordere Stirnfläche 11 sowie eine hintere Stirnfläche 12 auf, die, wie 2 deutlich zu entnehmen ist, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils flanschartig ausgebildet sind und sich im Wesentlichen etwa rechtwinklig zur Längsachse 7 des Gummimetalllagers 1 erstrecken. Wie in 2 ebenfalls erkennbar ist, sind an der vorderen Stirnfläche 11 wenigsten ein elastisches vorderes Gummidämpfungselement 13 und an der hinteren Stirnfläche 12 ebenfalls wenigstens ein elastisches hinteres Gummidämpfungselement 13 angebracht. Die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 sind zueinander asymmetrisch angeordnet. Bei dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 insbesondere diametral zueinander angeordnet, so dass das Gummimetalllager 1 an seinen Stirnflächen 11 und 12 einen asymmetrischen Aufbau aufweist.
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In der rechten Querschnittsansicht der 2 ist deutlich ein vorderer Umfangsabschnitt der vorderen Stirnfläche 11 zu erkennen, in dem mehrere elastische vordere Gummidämpfungselemente 13 angeordnet sind. Der vordere Umfangsabschnitt erstreckt sich, wie in der Querschnittsansicht zu erkennen ist, in der links von der dargestellten Z-Achse verlaufenden Hälfte der vorderen Stirnfläche 11. Er umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa die Hälfte der gesamten Stirnfläche 11. Somit bildet die linke Hälfte der dargestellten vorderen Stirnfläche 11 den vorderen Umfangabschnitt, in dem die elastischen vorderen Gummidämpfungselemente 13 angeordnet sind. Die rechte Hälfte der vorderen Stirnfläche 11 enthält keine vorderen Gummidämpfungselementen 13.
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Wie der rechten Querschnittsansicht der 2 ferner zu entnehmen ist, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt vier zueinander beabstandete, einzelne Gummidämpfungselemente 13 in dem vorderen Umfangsabschnitt der vorderen Stirnfläche 11 angeordnet. Durch die Anzahl der vorderen Gummidämpfungselemente 13 und ihren Abstand zueinander lassen sich die Dämpfungseigenschaften, insbesondere die in axialer Richtung wirksame Gesamtelastizität bzw. -steifigkeit der in dem vorderen Umfangsabschnitt der vorderen Stirnfläche 11 angeordneten vorderen Gummidämpfungselemente 13 genau festlegen.
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Die hintere Stirnfläche 12 weist ähnlich zu der vorderen Stirnfläche 11 einen hinteren Umfangsabschnitt auf, in dem die hinteren Gummidämpfungselemente 13 angeordnet sind, wobei der hintere Umfangsabschnitt diametral zum vorderen Umfangsabschnitt angeordnet ist. Die diametrale Anordnung des vorderen Umfangsabschnitts der vorderen Stirnfläche 11 zum hinteren Umfangsabschnitt der hinteren Stirnfläche 12 bedeutet für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, dass die in der rechten Ansicht der 2 nicht sichtbare hintere Stirnfläche 12 eine zur Z-Achse spiegelverkehrte Anordnung der Gummidämpfungselemente 13 der Stirnfläche 11 aufweist. Demnach macht der hintere Umfangsabschnitt der hinteren Stirnfläche 12, in dem die Gummidämpfungselemente 13 angeordnet sind, in etwa ebenfalls die Hälfte der gesamten hinteren Stirnfläche 12 aus, wobei dieser in der rechten Darstellung von 2 rechts von der Z-Achse angeordnet ist. Erkennbar ist die diametrale, asymmetrische Anordnung in der linken Ansicht der 2, in der ein vorderes Gummidämpfungselement 13 der vorderen Stirnfläche 11 links oben und ein weiteres hinteres Gummidämpfungselement 13 der hinteren Stirnfläche 12 rechts unten dargestellt sind.
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Der linken Ansicht der 2 ist ferner zu entnehmen, dass die Gummidämpfungselemente 13 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein konusförmiges Profil aufweisen. Über die Steilheit der Profilflanken sowie die Größe der Querschnittsfläche der einzelnen Gummidämpfungselemente 13 lassen sich zusätzlich im Wesentlichen die Federkonstante jedes einzelnen bei einer Kompression als Feder wirkenden Gummidämpfungselements 13 festlegen, wodurch sich ein gewünschtes Ansprechverhalten des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 6 auf Axialkräfte festlegen lässt. Allgemein gilt, je spitzer die Konusform jedes einzelnen Gummidämpfungselements 13, umso kleiner seine Federkonstante, insbesondere zu Beginn einer Kompression. Je kleiner die Federkonstante der Gummidämpfungselemente 13 ist, um so weicher reagiert das erfindungsgemäße Gummimetalllager 6 auf Axialkräfte, das heißt je kleiner ist zunächst das durch die zum Beispiel in Fahrtrichtung 2 wirkende Axialkraft und die asymmetrische Anordnung der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 hervorgerufene Drehmoment 14 um die Z-Achse.
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Der linken Ansicht der 2 sind ferner ein linker, in Fahrtrichtung 2 gesehen vorderer Lagerbügel 15 und ein rechter, in Fahrtrichtung 2 gesehen hinterer Lagerbügel 16 des in 1 gezeigten Trapezlenkers 1 zu entnehmen. Mit Hilfe der Lagerbügel 15, 16 wird das Gummimetalllager 6 an dem Trapezlenker 1 in an sich bekannter Weise gehalten und befestigt, zum Beispiel mittels eines Bolzens oder einer Schraube, die durch die Innenbuchse 9 gesteckt ist und von den Lagerbügeln 15, 16 gehalten wird. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Gummimetalllagers 6 sind die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 im montierten, unbelasteten Zustand im Wesentlichen spielfrei zwischen den Stirnflächen 11, 12 und den entsprechenden Lagerbügeln 15 bzw. 16 angeordnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein direktes Ansprechverhalten des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 6 bei einer Richtungsänderung des Fahrzeugs oder einem Beschleunigungs- und/oder Verzögerungs-/Bremsvorgang erreicht. Ein direktes und exaktes Ansprechen auf Lenkeingaben leistet einen wesentlichen Beitrag für eine gute Kurvenstabilität des Kraftfahrzeugs.
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In 3 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 17 dargestellt. Das dargestellte Gummimetalllager 17 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem in 2 dargestellten Gummimetalllager 6 dadurch, dass an der vorderen Stirnfläche 11 wenigstens zwei vordere Gummidämpfungselemente 13, 18 mit unterschiedlicher Höhe in axialer Richtung des Gummimetalllagers 17 angebracht sind und an der hinteren Stirnfläche 12 wenigstens zwei hintere Gummidämpfungselemente 13, 18 mit unterschiedlicher Höhe in axialer Richtung des Gummimetalllagers 17 angebracht sind. Die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 sowie die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 18 weisen paarweise dieselbe Höhe auf, wobei die Gummidämpfungselemente 13 und 18 mit jeweils derselben Höhe asymmetrisch zueinander an der vorderen und hinteren Stirnfläche 11 und 12 angeordnet sind. Die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 18 weisen im Vergleich zu den vorderen und hinteren Gummidämpfungselementen 13 eine geringere Höhe in axialer Richtung des Gummimetalllagers 17 auf. Die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 weisen eine Höhe derart auf, dass sie im eingebauten Zustand des Gummimetalllagers 17 im Wesentlichen spielfrei an den jeweiligen vorderen und hinteren Lagerbügeln 15 bzw. 16 anliegen. Die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 18 weisen hingegen einen gewissen Abstand zu den entsprechenden Lagerbügeln 15 bzw. 16 in eingebautem Zustand des Gummimetalllagers 17 auf. Somit wird sich das Gummimetalllager 17 in ähnlicher Weise wie das Gummimetalllager 6 bei Angreifen einer axialen Kraft an dem Gummimetalllager 17 verhalten, das heißt sich in die durch 14 bezeichnete Richtung drehen.
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Der unterschiedliche Abstand der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 bzw. 18 zu den Lagerbügeln 15 und 16 lässt sich alternativ oder zusätzlich auch dadurch herstellen, dass die Lagerbügel 15 und 16, wie in 3 angedeutet, unterschiedliche Abstände zu den vorderen und hinteren Gummidämpfungselementen 13 und 18 aufweisen. Hierzu sind die Lagerbügel 15 und 16 entsprechend im Bereich der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 näher an die Gummidämpfungselemente 13 herangeführt als an die vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 18, von denen sie einen gewissen Abstand haben.
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In 4 ist eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 19 dargestellt. Bei dem Gummimetalllager 19 sind sowohl das vordere als auch das hintere Gummidämpfungselement 13 jeweils als Gummiring 20 ausgebildet. Der Gummiring 20 weist eine asymmetrische axiale Steifigkeit auf. Wie in 5 zu erkennen ist, in der der Gummiring 20 des Gummimetalllagers 19 aus 4 in einer Vorderansicht dargestellt ist, wird die asymmetrische axiale Steifigkeit in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Breite des Gummirings entlang seines Umfangs nicht konstant ist. Wie 4 weiter zu entnehmen ist, sind das vordere Gummidämpfungselement 20 und das hintere Gummidämpfungselements 20 des Gummimetalllagers 19 ebenfalls asymmetrisch zueinander angeordnet. In 4 ist das vordere (linke) Gummidämpfungselement 20 derart angeordnet, dass es in der 4 oben eine wesentlich größere Breite aufweist als unten. Das hintere (rechte) Gummidämpfungselement 20 weist hingegen unten eine wesentlich größere Breite auf als oben. Auf diese Weise verhält sich das Gummimetalllager 19 ähnlich den bereits hierin beschriebenen Gummimetalllagern bei Auftreten einer in axialer Richtung an dem Gummimetalllager 19 angreifenden Kraft, das heißt es wird sich in die durch 14 bezeichnete Richtung drehen.
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6 stellt eine Grafik zur Veranschaulichung des Momentverlaufs in Abhängigkeit einer Drehung eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers in Richtung Vorspur und Nachspur dar. Die Abszisse 24 des gezeigten kartesischen Koordinatensystems stellt in positiver Richtung, das heißt in 6 nach rechts, den Betrag der für eine Vorspur wirksamen kardanischen Drehung eines erfindungsgemäßen Gummimetalllagers dar und in negativer Richtung (links) den Betrag der für eine Nachspur wirksamen kardanischen Drehung des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers. Die Ordinate 21 stellt das von dem Gummimetalllager erzeugte wirksame Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehung des Gummimetalllagers dar. Wie in 6 zu erkennen ist, geben sowohl die Kurve 22 für asymmetrische Steifigkeit wie auch die Kurve 23 für asymmetrische Vorspannung weniger Drehmoment bei Vorspur als bei Nachspur. Mit anderen Worten verstellt sich das erfindungsgemäße Gummimetalllager bei einer angreifenden Axialkraft, die ein Drehmoment auf das Gummimetalllager erzeugt, leichter in Richtung Vorspur als in Richtung Nachspur. Die Kurve 22 entspricht einem erfindungsgemäßen Gummimetalllager mit jeweils einem vorderen und hinteren Gummidämpfungselement, die jeweils eine asymmetrische axiale Steifigkeit aufweisen, wie hierin in Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel des Gummimetalllagers 19 beschrieben wurde. Die Kurve 23 entspricht einem erfindungsgemäßen Gummidämpfungselement, das zusätzlich zur asymmetrischen Anordnung der vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente ebenfalls in Richtung Vorspur vorgespannt ist. Dies ist dadurch zu erreichen, dass die mit den Lagerbügeln 15 und 16 in Kontakt stehenden vorderen und hinteren Gummidämpfungselemente 13 des erfindungsgemäßen Gummimetalllagers 6 bzw. 17 im eingebauten Zustand bereits leicht durch die Lagerbügel 15, 16 komprimiert bzw. vorgespannt werden.
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Das hierin beschriebene, erfindungsgemäße Gummimetalllager, der Trapezlenker sowie die Radaufhängung sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen jeweils auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. So kann der Gummikörper auch zwischen die Innen- und Außenbuchse geklebt, eingepreßt oder formschlüssig eingefügt sein. Ebenso können die Gummidämpfungselemente eines Umfangsabschnitts der vorderen und/oder hinteren Stirnfläche ebenfalls unterschiedliche Längen und/oder Breiten und/oder Höhen sowie unterschiedliche konische Profile und/oder Querschnitte aufweisen.
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In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Gummimetalllager in einem Trapezlenker mit zwei aufbauseitigen Anbindungsstellen zur Anbindung des Trapezlenkers an einen Fahrzeugaufbau oder einen mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen und mit zwei radträgerseitigen Anbindungsstellen zur Anbindung eines Radträgers verwendet, wobei das erfindungsgemäße Gummimetalllager wenigstens an der hinteren radträgerseitigen Anbindungsstelle die gelenkige Verbindung zwischen dem Trapezlenker und einem Lager des Radträgers herstellt. Ein solcher Trapezlenker wird bevorzugt in einer Einzelradaufhängung für die ungelenkten Räder eines Kraftfahrzeugs zur Anlenkung eines Radträgers verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radführungslenker
- 2
- Fahrtrichtungspfeil
- 3
- Aufbauseitige Anbindungsstelle von 1
- 4
- Radträgerseitige Anbindungsstelle von 1
- 5
- Radträger
- 6
- Gummimetalllager
- 7
- X-Achse, Längsachse von 6
- 8
- Außenbuchse
- 9
- Innenbuchse
- 10
- Gummikörper
- 11
- Vordere Stirnfläche von 8
- 12
- Hintere Stirnfläche von 8
- 13
- Gummidämpfungselemente
- 14
- Drehmoment
- 15
- Vorderer Lagerbügel
- 16
- Hinterer Lagerbügel
- 17
- Gummimetalllager
- 18
- Gummidämpfungselemente
- 19
- Gummimetalllager
- 20
- Gummiring
- 21
- Ordinate
- 22
- Kurve für asymmetrische Steifigkeit
- 23
- Kurve für asymmetrische Vorspannung
- 24
- Abszisse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006160008 A [0005]
- US 5246246 A [0005]
- EP 1216859 A2 [0006]
- EP 1319534 A2 [0007]
- DE 19722650 A1 [0009]
- US 4603882 [0010]
- US 5503376 A [0011, 0011]
- US 5899431 A [0012]
