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Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager zur Verbindung zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein bekanntes gattungsgemäßes elastisches Lager zur Verbindung zweier Bauteile (
DE 28 16 742 C2 ) besteht aus einer Außenschale mit zwei radial äußeren, getrennten Schalenhälften eines Hohlzylinders und einem blockförmigen, formstabilen Lagerkern innerhalb der Schalenteile mit jeweils zwei gegenüberliegenden und achsparallel zur Hohlzylinderachse verlaufenden Längsflächen. Zwei gegenüberliegende Elastomerblöcke sind jeweils einerseits mit einer der gegenüberliegenden Längsflächen des Lagerkerns und andererseits mit dazu gegenüberliegenden Innenflächenbereichen der Schalenteile festhaftend verbunden, wobei die Schalenteile bei der Montage des elastischen Lagers unter Verkleinerung des Durchmessers zusammengeführt und unter radialer Vorspannung der Elastomerkörper in ein äußeres rohrförmiges Lagergehäuse eines ersten Bauteils eingepresst werden.
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Konkret ist bei diesem elastischen Lager der blockförmige formstabile Lagerkern als prismatisches Metallteil ausgebildet, bei dem die mit den Elastomerblöcken verbundenen Längsflächen schwach nach außen gewölbt sind, wobei die Krümmungsradien dieser Längsflächen gleich oder größer als die Krümmungsradien der äußeren Schalenhälfte sind. Dieses elastische Lager wird vorzugsweise als Fahrerhauslager verwendet mit horizontal ausgerichteten Gummikörpern und einem quer zum Fahrzeug ausgerichteten Lagerkern mit einem Lagerbolzen. Mit dieser Lagerausbildung und dieser Einbauanordnung wird eine relativ weiche Anbindung des Fahrerhauses in Vertikalrichtung und eine straffe Führung in Fahrtrichtung erreicht.
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Dimensionierungsfreiräume insbesondere bezüglich Drehbelastungen liegen bei diesem elastischen Lager nur begrenzt vor, was einem universelleren Einsatz entgegensteht.
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Weiter sind Lagerbuchsen in der Art von Elastomer-Metall-Gelenkbuchsen als sogenannte Schlitzbuchsen bekannt (
DE 23 37 872 C2 ), bei denen eine zylindrische Gummischicht als Elastomerringteil festhaftend auf ein Innenrohr als formstabiles Buchseninnenteil aufvulkanisiert ist. Die Gummischicht ist umgeben von einem fest aufvulkanisierten Außenblech als Buchsenaußenrohr, das zudem mit einem äußeren Gummifilm versehen sein kann. Durch das Buchsenaußenrohr und bis weit hinein in die Gummischicht erstreckt sich ein Längsschlitz. Eine solche Schlitzbuchse wird unmittelbar in ein im Durchmesser kleineres Aufnahmeauge, beispielsweise in ein Stabilisatorendauge eingepresst, wobei der Längsschlitz geschlossen und eine Vorspannung in der Gummischicht aufgebaut wird. Die Abmessungen sind dabei so dimensioniert, dass durch die Vorspannung eine verdrehfeste Reibschlussverbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Aufnahmeauge hergestellt wird. Es sind auch Ausführungen mit Zwischenblechen bekannt. Zudem sind auch Ausführungen mit einer Durchrutschmöglichkeit bei hohen Drehbelastungen allgemein bekannt. Weiter sind Lagerbuchsenausführungen mit geschlossenem Außenumfang des Buchsenaußenrohrs allgemein bekannt, dessen Außendurchmesser beim Einpressen zum Aufbau einer Vorspannung reduziert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes elastisches Lager so weiterzubilden, dass Dimensionierungsfreiräume für unterschiedliche Belastungen vergrößert werden und sich weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnen.
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Diese Aufgabe wird mit Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Gemäß Anspruch 1 ist der blockförmige formstabile Lagerkern als Aufnahmekörper für eine Lagerbuchse mit einer koaxial oder achsparallel zur Hohlzylinderachse ausgerichteten, der Lagerbuchse angepassten, zylindrischen Aufnahmebohrung ausgebildet. Die Lagerbuchse weist dabei ein Buchsenaußenrohr und ein formstabiles Buchseninnenteil mit zylindrischer Umfangsfläche sowie ein fest angeheftetes Elastomerringteil zwischen dem Buchsenrohr und dem Buchseninnenteil auf, wobei im Herstellzustand der Durchmesser des Buchsenaußenrohrs größer als der Durchmesser der Aufnahmebohrung im Aufnahmekörper ist. Bei der Montage wird die Lagerbuchse mit einer Durchmesserreduzierung des Buchsenaußenrohrs und Aufbau einer Vorspannung im Elastomerringteil in die Aufnahmebohrung eingepresst. Das Buchseninnenteil des so montierten elastischen Lagers ist mit dem zweiten zu lagernden Bauteil verbindbar, wobei vorzugsweise die Auslegung so erfolgt, dass durch die aufgebaute Vorspannung für die zu erwartenden Lagerbelastungen eine verdrehfeste Reibschlussverbindung zwischen der Lagerbuchse und dem Aufnahmekörper besteht.
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Durch die Ergänzung des gattungsgemäßen elastischen Lagers mit einer zentralen Elastomer-Lagerbuchse können insbesondere Lagererfordernisse bezüglich Drehbelastungen durch eine entsprechende Auslegung der Lagerbuchse berücksichtigt werden. Diese Auslegung kann dann weitgehend entkoppelt von der Auslegung und Dimensionierung der Federsteifigkeiten für horizontale und vertikale Belastungen erfolgen. Beispielsweise können Lagerbelastungen in Richtung der Elastomerblöcke steif und quer dazu demgegenüber relativ weich abgestützt sein, wobei die Aufnahme und Abstützung von Drehbelastungen entsprechend der aktuellen Gegebenheiten durch eine geeignete Auslegung der zentralen Lagerbuchse möglich sind. Das zentrale formstabile Buchseninnenteil kann als Rohrteil zur Aufnahme eines Lagerbolzens oder als Pratzenteil, insbesondere zu einem Anschluss an einen Lagerbock ausgebildet sein. Das Buchsenaußenrohr kann im Herstellzustand einen geschlossenen Außenumfang mit größerem Durchmesser als die zugeordnete Aufnahmebohrung aufweisen, wobei beim Einpressvorgang mittels einer Kalibriervorrichtung der Außendurchmesser reduziert und eine Vorspannung im Elastomerringteil aufgebaut wird. Vorzugsweise wird jedoch eine sogenannte Schlitzbuchse verwendet, bei der das Buchsenaußenrohr mit einem Längsschlitz versehen ist, der sich radial in das Elastomerringteil hinein fortsetzt und der beim Einpressen und bei der Durchmesserreduzierung in der Aufnahmebohrung geschlossen wird. Ähnlich besteht die Außenschale vorzugsweise aus zwei durch zwei gegenüberliegende Längsspalten mit einem Mittenversatz getrennte Schalenhälften, die beim Einpressen in das Lagergehäuse zu einem Vorspannungsaufbau zusammengeführt werden.
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Das Buchsenaußenrohr kann als Blechrohr ausgeführt sein. Zudem können für eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte im Elastomermaterial zusätzlich Zwischenbleche im Elastomerringteil festhaftend eingebracht sein.
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Ebenso können auch in den Elastomerblöcken parallel zur zugeordneten Längsfläche des Aufnahmekörpers verlaufende Zwischenbleche festhaftend eingebracht sein.
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Zweckmäßig sind die Außenschale, insbesondere als äußere Schalenhälften, der blockförmige Aufnahmekörper, das Buchsenaußenrohr und das Buchseninnenteil sowie gegebenenfalls Zwischenbleche aus Metall hergestellt, wobei als Elastomermaterial Gummi verwendet ist, der durch Vulkanisation angehaftet ist. Je nach den Gegebenheiten können jedoch auch andere formstabile Materialien anstelle von Metall, insbesondere Kunststoffmaterialien verwendet werden.
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Zur Vergrößerung der Haftreibung kann bei Bedarf auf das Buchsenaußenrohr der Lagerbuchse und/oder den Außenseite der Außenschale ein Elastomerfilm aufgebracht werden.
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Zur Abstützung sehr hoher Federkräfte quer zu den Elastomerblöcken wird vorgeschlagen, an den elastomerblockfreien, gegenüberliegenden Längsflächen des Aufnahmekörpers jeweils Elastomeranschläge anzuhaften, dergestalt dass diese jeweils nach einem freien Einfederweg an einem zugeordneten Innenflächenbereich der Schalenteile anliegen und dort progressiv hohe Belastungen abstützen.
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Für eine gleichmäßige Beanspruchung der Haftflächen der Elastomerkörper am Aufnahmekörper können die Längsflächen des Aufnahmekörpers an denen die Elastomerblöcke angehaftet sind bezüglich der Längsrichtung nach radial außen ausgewölbt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dazu der Aufnahmekörpers prismatisch ausgeführt, wobei die radiale Auswölbung der Längsflächen mit den angehafteten Elastomerblöcken durch dachförmig konvex ausgestellte, ebene Teillängsflächen gebildet ist. Entsprechend sollen dann die jeweils zugeordneten Innenflächenbereiche der Schalenhälften, an denen die Elastomerblöcke angehaftet sind, entsprechend dachförmig konkav mit angestellten ebenen Teillängsflächen ausgebildet sein.
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Eine bevorzugte Dimensionierung und Auslegung des Lagers besteht darin, dass das Lager quer zur Lagerachse in Richtung der beiden Elastomerblöcke entsprechend einer horizontalen Einbaurichtung steif und quer zu den Elastomerblöcken entsprechend einer vorzugsweisen vertikalen Belastungsrichtung relativ weich ausgelegt ist. Damit ergibt sich auch eine jedoch relativ hohe Verdrehsteifigkeit durch eine Druckbelastung in den Elastomerblöcken zwischen dem äußeren Lagergehäuse und dem Aufnahmekörper. Demgegenüber kann die Verdrehsteifigkeit des Buchseninnenteils bezüglich des Aufnahmekörpers in der Lagerbuchse wesentlich kleiner ausgelegt werden, so dass das elastische Lager insgesamt bezüglich Drehbelastungen weich ausgelegt ist.
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Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Gummi-Metall-Element im Herstellzustand in einer stirnseitigen Draufsicht,
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2 das Gummi-Metall-Element nach 1 mit einer eingepressten Lagerbuchse mit einem Buchseninnenteil als Rohrteil,
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3 ein komplett in einem Lagergehäuse montiertes elastisches Lager mit dem Gummi-Metall-Element nach den 1 und 2 mit der Lagerbuchse in Explosionsdarstellung,
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4 das komplett montierte Lager in einer stirnseitigen Draufsicht,
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5 eine Darstellung entsprechend 2 jedoch mit einer Lagerbuchse mit einem Buchseninnenteil als Pratzenteil,
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6 eine Darstellung entsprechend 3 jedoch mit dem Buchseninnenteil als Pratzenteil, und
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7 eine Darstellung entsprechend 4 mit dem Buchseninnenteil als Pratzenteil.
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In 1 ist ein Gummi-Metall-Element 1 mit einem blockförmigen, formstabilen Lagerkern 2 und einer hohlzylindrischen Außenschale dargestellt, welche im gezeigten Herstellzustand durch zwei durch einen Mittenversatz 3 getrennte Schalenhälften 4, 5 gebildet ist.
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Zwischen dem Lagerkern 2 und den Schalenhälften 4, 5 sind gegenüberliegend Elastomerblöcke 6, 7 einvulkanisiert. Konkret sind diese jeweils an einer der gegenüberliegenden Längsflächen 8, 9 des Lagerkerns 2 sowie zu diesen gegenüberliegenden Innenflächenbereichen 10, 11 der Schalenhälften 4, 5 angehaftet. Die Längsflächen 8, 9 sind durch dachförmig konvex angestellte ebene Teillängsflächen 8a, 8b und 9a, 9b gebildet, denen entsprechend dachförmig konkav angestellte Innenflächenbereiche 10, 11 der Schalenhälften 4, 5 zugeordnet sind. Die Elastomerblöcke 6, 7 sind durch jeweils drei Zwischenbleche 12, welche entsprechend der Längsflächen 8, 9 ebenfalls dachförmig konvex ausgebildet sind, in vier Elastomerblockschichten 13 aufgeteilt.
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An den elastomerblockfreien Längsflächen 14, 15 des Lagerkerns 2 sind jeweils Elastomeranschläge 16, 17 angehaftet bzw. als aufgewölbte Gummianschläge anvulkanisiert. Diese Elastomeranschläge 16, 17 liegen senkrecht zu den Elastomerblöcken 6, 7. Der Lagerkern 2 ist als Aufnahmekörper für eine Lagerbuchse mit einer koaxial oder achsparallel zur Hohlzylinderachse ausgerichteten, der Lagerbuchse angepassten zylindrischen Aufnahmebohrung 18.
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In 2 ist diese Lagerbuchse 19 bereits in die Aufnahmebohrung 18 eingepresst dargestellt. Anhand der 3 wird die in einer Explosionsdarstellung außerhalb der Aufnahmebohrung 18 gezeigte Lagerbuchse näher beschrieben:
Die Lagerbuchse 19 besteht aus einem Buchsenaußenrohr 20 und einem formstabilen Buchseninnenteil mit zylindrischer Umfangsfläche, welches bei dieser Ausführungsform als stabiles Buchseninnenrohr 21 ausgebildet ist. Zwischen dem Buchsenaußenrohr 20 und dem Buchseninnenrohr 21 liegt ein fest angehaftetes Elastomerringteil 22 als einvulkanisiertes Gummiringteil.
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Der Durchmesser des Buchsenaußenrohrs 20 ist im nicht eingepressten Herstellzustand etwas größer als der Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 18, so dass die Lagerbuchse 19 mit einer Durchmesserreduzierung des Buchsenaußenrohrs 20 und dem Aufbau einer Vorspannung im Elastomerringteil 22 in die Aufnahmebohrung 18 eingepresst wird. Je nach den Erfordernissen und Gegebenheiten kann dazu das Buchsenaußenrohr 20 eine geschlossene Umfangsfläche aufweisen, deren Durchmesser beim Einpressen in einem Kalibriervorgang reduziert wird. Vorzugsweise wird jedoch die Lagerbuchse 19 als sogenannte Schlitzbuchse ausgeführt, bei der sich ein (strichliert eingezeichneter) Längsschlitz 23 im Buchsenaußenrohr 20 bis in das Elastomerringteil 22 hinein fortsetzt, der beim Einpressen und bei der Durchmesserreduzierung in der Aufnahmebohrung geschlossen wird. Alternativ kann das Buchsenaußenrohr 20 zwei gegenüberliegende Längsschlitze aufweisen. Durch geeignete Materialwahl und Dimensionierung kann die aufgebaute Vorspannung im Elastomerringteil 22 die Lagerbuchse 19 bei allen Belastungen, insbesondere Drehbelastungen verdrehfest in der Aufnahmebohrung 18 halten. Dazu kann gegebenenfalls für eine weitere Erhöhung der Haftreibung das Buchsenaußenrohr 20 mit einem Gummifilm versehen sein. Je nach den Gegebenheiten kann die Vorspannung im Elastomerringteil in Verbindung mit geeigneten Materialpaarungen so dimensioniert werden, dass ab einer vorgegebenen Drehbelastung ein Durchrutschen der Lagerbuchse 19 in der Aufnahmebohrung 18 möglich ist.
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In der Draufsicht nach 3 mit der eingepressten Lagerbuchse 19 ist ein in Verbindung mit der Durchmesserreduzierung des Buchsenaußenrohrs 20 geschlossener Längsschlitz 23 eingezeichnet.
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Sowohl in der dreidimensionalen Ansicht nach 3 und in der fertig montierten Draufsicht nach 4 ist das Gummi-Metall-Element 1 in ein Lagergehäuse 24 mit einem zylindrischen Innendurchmesser eingepresst. Ein solches Lagergehäuse 24 kann direkt in einem ersten zu lagernden Bauteil integriert oder für eine Verbindung an einem ersten zu lagernden Bauteil ausgebildet sein.
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Der Innendurchmesser des Lagergehäuses 24 ist kleiner als die Gesamtaußenabmessung der beiden Schalenhälften 4, 5 zusammen mit dem Mittenversatz 3 entsprechend 1. Beim Einpressen des Gummi-Metall-Elements 1 in das Lagergehäuse 24 werden die Schalenhälften 4, 5 auf den Innendurchmesser des Lagergehäuses mit Schließung des Mittenversatzes 3 zusammengeführt, wodurch die Elastomerblöcke 6, 7 unter Ausbildung einer radialen Vorspannung zusammengepresst werden.
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Im bevorzugten Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Außenrohr durch die zwei Schalenhälften 4, 5 gebildet. Alternativ dazu kann jedoch auch ein geschlossenes Außenrohr verwendet werden, das mit einer Durchmesserreduzierung zusammengepresst werden kann. Als weitere Alternative kann je nach den Gegebenheiten auch ein Außenrohr mit nur einem mehr oder weniger großen Längsspalt verwendet werden. Die im Gummi-Metall-Element 1 bzw. in den Elastomerkörpern 6, 7 aufgebaute Vorspannung soll so groß sein, dass das Gummi-Metall-Element 1 verdrehfest im Lagergehäuse 24 gehalten wird.
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Bei der Ausführungsform nach den 2 bis 4 wird das zweite zu lagernde Bauteil mittels eines zentralen Lagerbolzens mit dem Buchseninnenrohr 21 verbunden.
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In den 5 bis 7 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt mit einem im Aufbau und der Funktion gleichen Gummi-Metall-Element 1 und einer weitgehend in der Form und der Funktion gleichen Lagerbuchse 19. Die Lagerbuchse 19 unterscheidet sich aber von der ersten Ausführungsform entsprechend der 2 bis 4 durch ein anders gestaltetes Buchseninnenteil, das hier als Pratzenteil 25 mit zwei gegenüberliegenden, aus dem Lager vorstehenden Pratzenanschlussteilen 26, 27 ausgebildet ist. Die in den beiden Ausführungsformen gleichen Bauteile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Anhand der 4 wird die Funktion des dargestellten Lagers für eine Anbindung eines Fahrerhauses an einem Fahrzeugrahmen beispielhaft erläutert:
Die Elastomerblöcke 6, 7 sind dabei in Fahrtrichtung vor und hinter dem Lagerkern 2 angeordnet. Durch die Winkelstellung der Elastomerblockschichten kann die vertikale Federkonstante beeinflusst werden, wobei vertikale Federwege von den Elastomerblockschichten 13 überwiegend auf Schub aufgenommen werden, was große Federwege ermöglicht. Längskräfte, wie sie zum Beispiel beim Bremsen oder beim Überfahren von Hindernissen auftreten, werden dagegen in den Elastomerblockschichten 13 überwiegend auf Druck aufgenommen, wodurch diese Federwege klein sind. Da Verdrehungen um die Lagerachse die Elastomerblockschichten 13 überwiegend auf Druck beanspruchen, werden darin sehr schnell hohe Rückstellmomente aufgebaut, so dass allein damit nur relativ geringe Verdrehwinkel um die Lagerachse möglich sind. Um bei der beispielhaften Anordnung die notwendigen, relativ großen Verdrehwinkel mit geringen Rückstellmomenten zu ermöglichen, ist im Lagerkern 2 die Lagerbuchse 19 eingesetzt, wobei als Anschlussteil das Buchseninnenteil als Buchseninnenrohr oder als Pratzenteil für einen Anschluss an einen Lagerbock am Fahrzeugrahmen ausgebildet ist. Die Lagerfunktionen Verdrehung und vertikaler Federweg sind somit hier weitgehend voneinander getrennt und können weitgehend unabhängig voneinander eingestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2816742 C2 [0002]
- DE 2337872 C2 [0005]
