DE102013007736A1

DE102013007736A1 - Dreh-Schub-Lager als Elastomerlager

Info

Publication number: DE102013007736A1
Application number: DE102013007736.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Mursinsky
Original assignee: Joern GmbH
Current assignee: Joern GmbH
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dreh-Schub-Lager, als Elastomer-Lager, mit einem Aufnahmeauge (3) als erstem Lagerteil, und mit einem Innenrohr (4) als zweitem Lagerteil, welches relativ zum Aufnahmeauge (3) elastomerabgestützt um die Lagerachse (2) verschwenkbar und axial verschiebbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Vulkanisierteil (5) mit einem Außenrohr (6) verdrehfest durch einen Kraft- und/oder Formschluss im Aufnahmeauge (3) aufgenommen, wobei das Innenrohr (4) formschlüssig verdrehbar im Außenrohr (3) eingesteckt ist, und am Außenrohr (6) stirnseitig ein Elastomerkörper (8) und stirnseitig am Elastomerkörper (8) anschließend ein materialstabiler Distanzring (9) fest verbunden ist, und wobei der Distanzring (9) verdrehfest am Innenrohr (4) angeschlossen, vorzugsweise auf das Innenrohr (4) aufgepresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dreh-Schub-Lager als Elastomerlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Dreh-Schub-Lager in Buchsenform als Elastomerlager sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen allgemein bekannt. Ein solches gattungsgemäßes Lager besteht regelmäßig aus einem Aufnahmeauge als erstem Lagerteil und einem Innenrohr als zweitem Lagerteil. Zwischen dem Aufnahmeauge und dem Innenrohr ist wenigstens ein Elastomerkörper, beispielsweise als Elastomerring angeordnet, über den eine Relativbewegung zwischen Aufnahmeauge und Innenrohr, insbesondere eine Torsions- und/oder Schubbewegung abgestützt ist. Diese Abstützung erfolgt molekular im Elastomerelement.
Für unterschiedliche Verwendungen werden bei solchen Lagern unterschiedliche Steifigkeiten in Radialrichtung, Torsionsrichtung und Axialrichtung gefordert, welche üblicherweise durch Dimensionierungen des oder der Elastomerelemente realisiert werden. Geringe Steifigkeiten werden dabei mit relativ weichen und gegebenenfalls voluminösen Elastomerelementen erhalten, wodurch beispielsweise eine geringe Steifigkeit in Torsionsrichtung erreicht werden kann. Da über diese Elastomerelemente auch die Radialkräfte abgestützt werden, ist die Steifigkeit in Radialrichtung dann üblicherweise ebenfalls nur relativ gering.
Für verschiedene Lagerverwendungen eines gattungsgemäßen Lagers in Buchsenform wird jedoch eine Aufnahme hoher Radialkräfte bei gleichzeitig geringer Steifigkeit in Torsionsrichtung gefordert. Beispielsweise liegt eine solche Anforderung bei einem Trittbrettlager eines Nutzfahrzeugs vor, wobei hier das Aufnahmeauge fahrzeugfest angebracht ist. Das Trittbrett ist mit dem schwenkbaren Innenrohr verbunden und soll beispielsweise bei einer hindernisbedingten Torsionskraft mit relativ geringer Gegenkraft wegschwenken und ausweichen. Ein geforderter maximaler Schwenkwinkel kann in Verbindung mit einer Rückstellkraft bei ca. 30° liegen. In Radialrichtung soll dagegen das Trittbrett möglichst steif geführt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Dreh-Schub-Lager so weiterzubilden, dass es zur Aufnahme hoher Radialkräfte bei gleichzeitig geringer Steifigkeit in Torsionsrichtung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Vulkanisierteil mit einem Außenrohr verdrehfest durch einen Kraft- und/oder Formschluss im Aufnahmeauge aufgenommen ist, wobei das Innenrohr formschlüssig verdrehbar im Außenrohr eingesteckt ist. Am Außenrohr ist stirnseitig ein Elastomerkörper und stirnseitig am Elastomerkörper anschließend ein materialstabiler Distanzring fest verbunden. Der Distanzring ist verdrehfest am Innenrohr angeschlossen, vorzugsweise auf das Innenrohr aufgepresst.
Damit wird durch die Verdrehbarkeit des eingesteckten Innenrohrs im Außenrohr, ähnlich wie in einem Scharnier eine exakte Radialabstützung zur Aufnahme hoher Radialkräfte bei Schwenkbewegungen zur Verfügung gestellt.
Der Elastomerkörper ist sowohl stirnseitig mit dem Außenrohr als auch über den Distanzring beabstandet zum Außenrohr mit dem Innenrohr verbunden. Die Verbindung zwischen Außenrohr und Distanzring ist somit nicht fest bzw. nicht starr. Bei Torsionskräften wird daher der Elastomerkörper in sich mit der Wirkung einer Torsionsfeder verdreht. Der Elastomerkörper kann dabei so ausgelegt werden, dass das Lager nur eine geringe Steifigkeit in Torsionsrichtung aufweist, da die Aufnahme hoher Radialkräfte nicht über den Elastomerkörper erforderlich ist. Bei auftretenden Schubkräften in Axialrichtung wird der Elastomerkörper je nach Kraftrichtung komprimiert oder gedehnt. Sowohl Dreh- als auch Schubauslenkungen werden nach Wegfall der entsprechenden Kräfte wieder durch den Elastomerkörper in die Ausgangslage rückgestellt.
Für einen einfachen und kostengünstigen Aufbau mit guter Funktion sollen die Lagerbauteile koaxial mit kreiszylindrischen gegenseitigen Anlageflächen ausgeführt sein.
Grundsätzlich kann der Elastomerkörper unterschiedlich gestaltet, beispielsweise einteilig oder mehrteilig, oder geschlitzt ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Elastomerkörper ein mit dem Außenohr und dem Distanzring durch Vulkanisation verbundener Gummiring.
Ein vorteilhaft kleiner Einbauraum wird dadurch erreicht, dass der Elastomerkörper, insbesondere als Elastomerring sowie zumindest teilweise der aufgepresste Distanzring in Axialrichtung vom Aufnahmeauge überdeckt sind. Zweckmäßig verläuft dabei ein Spalt zwischen der Umfangsfläche des Elastomerkörpers sowie der Umfangsfläche des Distanzrings und der Innenfläche des Aufnahmeauges. Bei einer Schubbelastung des Elastomerkörpers in Druckrichtung kann sich verdrängtes Elastomermaterial in diesem Spalt aufwölben.
Für eine einfache Anschlussmöglichkeit und einen kompakten Aufbau wird weiter vorgeschlagen, dass an einem axialen Lagerende das Aufnahmeauge und das Außenrohr bündig abschließen, wobei das Innenrohr mit einem Überstand axial etwas vorsteht. Am gegenüberliegenden anderen axialen Lagerende ist der Distanzring stirnseitig bündig auf das Innenrohr aufgepresst, wobei das Innenrohr mit dem Distanzring mit einem geringen Überstand aus dem Aufnahmeauge vorsteht.
Für eine gute axiale Führung und Abstützung der Schwenkbewegung soll die axiale Länge des Elastomerkörpers sowie des Distanzrings kleiner als die axiale Länge des Außenrohrs sein.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist an der Innenseite des Außenrohrs entsprechend der Anlagefläche und Gleitfläche zum Innenrohr eine Elastomerschicht angebracht, vorzugsweise eine Gummischicht anvulkanisiert. Eine solche Gummischicht kann in einem Vulkanisiervorgang zusammen mit dem als Gummiring hergestellten Elastomerkörper hergestellt werden. Die Gummischicht ist dabei wesentlich dünner als der Elastomerkörper. Durch die Schwenklagerung des Innenrohrs an dieser Gummischicht können hohe Radialkräfte bei Bedarf elastisch über die Gummischicht abgestützt werden, wobei auch geringfügige kardanische Bewegungen möglich sind.
Alternativ für ein Gleiten des Innenrohrs auf der Elastomerschicht können gut geeignete Gleitflächen durch eine Paarung aus einer Kunststofffläche und Metallfläche hergestellt werden. Dazu wird vorgeschlagen, das Außenrohr als Kunststoffrohr gegebenenfalls ohne Gummischicht herzustellen und darin das Innenrohr als Metallrohr zu lagern.
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Dreh-Schub-Lager 1 in Buchsenform mit einer Lagerachse 2. Das Dreh-Schub-Lager 1 umfasst ein Aufnahmeauge 3, insbesondere als erstes rahmenfestes Lagerteil eines Fahrzeugs sowie ein Innenrohr 4 als zweites dagegen schwenkbewegliches Lagerteil, zum Beispiel zum Anschluss eines Trittbretts.
Das Aufnahmeauge 3 und das Innenrohr 4 sind über ein dazwischen liegendes Vulkanisierteil 5 verbunden und abgestützt.
Das Vulkanisierteil 5 besteht aus einem Außenrohr 6 mit einer inneren Gummischicht 7 und einem stirnseitig anvulkanisierten Gummiring 8 als Elastomerkörper, an dem stirnseitig anschließend ein materialstabiler Distanzring 9 anvulkanisiert ist.
Das Außenrohr 6 ist verdrehfest in das Aufnahmeauge 3 eingepresst und schließt an einem axialen Lagerende 10 bündig mit dem Aufnahmeauge 3 ab. Das Innenrohr 4 ist verschwenkbar und axial verschiebbar im Außenrohr 6 aufgenommen, wobei die Gummischicht 7 und die Umfangsfläche 11 des Innenrohrs 4 als Gleitflächen aneinander liegen.
Der Distanzring 9 ist endseitig bündig und verdrehfest auf das Innenrohr 4 aufgepresst.
Das Außenrohr 6 ist axial kürzer als das Aufnahmeauge 3, dergestalt, dass der Gummiring 8 und teilweise der Distanzring 9 vom Aufnahmeauge 3 axial überdeckt sind, wobei zwischen der Umfangsfläche des Gummirings 8 sowie der Umfangsfläche des Distanzrings 9 und der Innenfläche des umgebenden Aufnahmeauges 3 ein Spalt 13 liegt.
Das dargestellte Dreh-Schub-Lager 1 hat folgende Funktion:
Bei einer Verdrehung des Innenrohrs 4 gegenüber dem ortsfesten Aufnahmeauge 3 (Drehpfeil 14) wird der Distanzring 9 gegenüber dem ebenfalls ortsfesten Außenrohr 6 mitverdreht. Alternativ kann auch das Innenrohr ortsfest gehalten sein und das Aufnahmeauge verdreht werden. Durch die Anbindung des Gummirings 8 einerseits am Distanzring 9 und andererseits stirnseitig am Außenrohr 6 wird der Gummiring 8 in der Funktion einer Drehfeder in sich verdreht. Wenn die Torsionskraft wieder verschwindet, stellt der Gummiring 8 das Innenrohr 4 wieder in seine Ausgangslage zurück. In Verbindung mit einem Anschlag kann hier auch eine Drehvorspannung für eine Ausgangslage realisiert werden.
Bei einer axialen Schubauslenkung (Doppelpfeil 15) wird bei einer Auslenkung des Innenrohrs 4 gegenüber dem ortsfesten Aufnahmeauge 3 nach rechts der Gummiring 8 rückstellend gestaucht, wobei eine (strichliert eingezeichnete) Materialaufwölbung 16 im Spalt 13 erfolgen kann. Bei einer Schubauslenkung des Innenrohrs 4 nach links wird dagegen der Gummiring 8 rückstellend auf Zug beansprucht.
Durch die relativ lange formschlüssige Drehverbindung zwischen dem Außenrohr 6 und dem Innenrohr 4 in Verbindung mit der relativ dünnen Gummischicht 7 kann das Dreh-Schub-Lager 1 hohe Radialkräfte aufnehmen und abstützen.
Ausdrücklich wird festgestellt, dass mit der vorliegenden Anspruchsfassung auch die kinematische Umkehr beansprucht sein soll, wenn das Außenrohr 6 verdrehbar im Aufnahmeauge 3 aufgenommen ist, jedoch mit einer verdrehfesten Verbindung zum Innenrohr 4, wobei der Distanzring 9 (ohne Verbindung zum Innenrohr 4) verdrehfest ins Aufnahmeauge 3 eingepresst ist.

Claims

Dreh-Schub-Lager, als Elastomer-Lager, mit einem Aufnahmeauge (3) als erstem Lagerteil, und mit einem Innenrohr (4) als zweitem Lagerteil, welches relativ zum Aufnahmeauge (3) elastomerabgestützt um die Lagerachse (2) verschwenkbar und axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vulkanisierteil (5) mit einem Außenrohr (6) verdrehfest durch einen Kraft- und/oder Formschluss im Aufnahmeauge (3) aufgenommen ist, dass das Innenrohr (4) formschlüssig verdrehbar im Außenrohr (3) eingesteckt ist, dass am Außenrohr (6) stirnseitig ein Elastomerkörper (8) und stirnseitig am Elastomerkörper (8) anschließend ein materialstabiler Distanzring (9) fest verbunden ist, und dass der Distanzring (9) verdrehfest am Innenrohr (4) angeschlossen, vorzugsweise auf das Innenrohr (4) aufgepresst ist.
Dreh-Schub-Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren Flächen des Aufnahmeauges (3), des Außenrohrs (6) und des Distanzrings (9) sowie die radial äußeren Flächen des Innenrohrs (4), des Außenrohrs (6) und des Distanzrings (9), Kreiszylinderflächen sind.
Dreh-Schub-Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper ein Elastomerring, vorzugsweise ein mit dem Außenrohr (6) und dem Distanzring (9) durch Vulkanisation verbundener Gummiring (8) ist.
Dreh-Schub-Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (8) insbesondere als Elastomerring sowie zumindest teilweise der aufgepresste Distanzring (9) in Axialrichtung vom Aufnahmeauge (3) überdeckt sind, mit einem Spalt (13) zwischen der Umfangsfläche des Elastomerkörpers (8) sowie der Umfangsfläche des Distanzrings (9) und der Innenfläche des Aufnahmeauges (3).
Dreh-Schub-Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Lagerende (10) das Aufnahmeauge (3) und das Außenrohr (6) bündig abschließen, wobei das Innenrohr (4) mit einem Überstand axial vorsteht, und dass am gegenüberliegenden axialen Lagerende (12) der Distanzring (9) stirnseitig bündig auf das Innenrohr (4) aufgepresst ist und das Innenrohr (4) mit dem Distanzring (9) mit einem Überstand aus dem Aufnahmeauge (3) vorsteht.
Dreh-Schub-Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Elastomerkörpers (8) und des Distanzrings (9) kleiner als die axiale Länge des Außenrohrs (6) ist.
Dreh-Schub-Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Außenrohrs (6) entsprechend der Anlagefläche und Gleitfläche zum Innenrohr (4) eine Elastomerschicht aufgebracht, vorzugsweise eine Gummischicht (7) anvulkanisiert ist.
Dreh-Schub-Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeauge (3) und das Innenrohr (4) aus Metall und das Außenrohr (6) und/oder der Distanzring (9) aus Metall oder Kunststoff hergestellt sind.