DE102016010105A1 - Elastische Gelenkbuchse als rotatorisch belastbares Torsionslager - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elastische Gelenkbuchse als rotatorisch belastbares Torsionslager mit einem Elastomer-Metall-Element (2; 21) bestehend aus einem Innenteil (3) als erstem Lagerteil, das zumindest teilweise von mindestens einem verdrehfest verbundenen Elastomerkörper (6) umgeben ist und aus einer mit einem mindestens einen Elastomerkörper (6) fest verbundenen Außenschale (7) und mit einem Aufnahme-Auge (9) als zweitem Lagerteil, in das das Elastomer-Metall-Element (2; 21) im Einbauzustand unter Verkleinerung seines Durchmessers zum Aufbau einer Basis-Vorspannung im Elastomermaterial sowie einer verdrehfesten Einbauanlage eingepresst ist. Erfindungsgemäß ist das Innenteil (3) relativ zum Aufnahmeauge (9) und/oder relativ zur Außenschale (7) zum Aufbau einer bestimmten Torsions-Vorspannung gegenüber dem Herstellzustand um einen zugeordneten Vorspannwinkel in eine Vorspann-Winkelposition um die Lagerachse (4) verdreht, und die Relativverdrehung ist an der Vorspann-Winkelposition mittels einer Rückdrehsperre (11) gegen ein Zurückdrehen abgestützt bei freier Weiterverdrehmöglichkeit bei entsprechend höherer Torsionslast.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elastische Gelenkbuchse als rotatorisch belastbares Torsionslager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Elastische Gelenkbuchsen als rotatorisch belastbare Torsionslager sind in vielen Ausführungsformen allgemein bekannt und weisen jeweils ein Elastomer-Metall-Element auf, bestehend aus einem Innenteil als erstem Lagerteil, das zumindest teilweise von mindestens einem verdrehfest verbundenen Elastomerkörper umgeben ist und aus einer mit dem mindestens einen Elastomerkörper fest verbundenen Außenschale. Das Elastomer-Metall-Element ist im Einbauzustand unter Verkleinerung seines Durchmessers zum Aufbau einer im Wesentlichen radialen Basis-Vorspannung im Elastomermaterial sowie für eine verdrehfeste Einbaulage in ein Aufnahme-Auge als zweites Lagerteil eingepresst.
  • Konkret sind beispielsweise sogenannte O-Lager bekannt, bei denen an einem zylindrischen Innenteil mehrere im Umfang versetzte Elastomerkörper angebracht sind, die von Halbschalen als Außenschale umgeben sind und die in ein zylindrisches Aufnahmeauge eingepresst werden.
  • Weiter sind konkret sogenannte Schlitzbuchsen bekannt, bei denen das Elastomer-Metall-Element ein zylindrisches Innenteil aus Stahl mit abstehenden Pratzen aufweist, das von einem ringförmigen Elastomerkörper umgeben ist, welcher mit dem Innenteil kraftschlüssig oder meist durch Vulkanisation verdrehfest verbunden ist. An dem ringförmigen Elastomerkörper ist ein längsgeschlitztes Außenrohr als Blechrohr oder Kunststoffrohr, gegebenenfalls mit einem äußeren Elastomerfilm versehen, angehaftet, wobei sich der Schlitz in den Elastomerkörper hinein fortsetzt und so breit ist, dass er im eingepressten Zustand im Aufnahmeauge geschlossen ist. Solche Schlitzbuchsen können sehr hohe Radialkräfte bei hohen radialen Vorspannungen aufnehmen. Diese großen radiale Vorspannungen verhindern, dass der Gummikörper bei Verformung auf Zug beansprucht wird. Als Torsionslager lassen solche Schlitzbuchsen besonders große Verdrehwinkel zu.
  • Allgemein bekannte, übliche Elastomerlager als Torsionslager weisen werkstoff- und konstruktionsbedingt normalerweise eine Torsionskraft-Verformungs-Kennlinie auf, die in einem gewissen Bereich nahezu geradlinig verläuft mit gegebenenfalls leicht degressiven und/oder progressiven Bereichen. Durch Wahl der Lagergeometrie und der Shorehärte kann ein solches Torsionslager entsprechend den Anforderungen seines Einsatzes weicher oder härter gestaltet werden. Wenn ein solches Torsionslager große Kräfte aufnehmen soll, führt dies bei einem weichen Lager zwangsläufig zu einer großen Deformation bzw. zu einem großen Federweg als großen Verdrehwinkel oder bei einem steifen Lager zu einer geringen Deformation bzw. einem kleinen Federweg entsprechend einem kleinen Verdrehwinkel, wobei mit einem steifen Lager oft keine optimale Schwingungsentkopplung möglich ist.
  • Bei vielen bekannten Anwendungen beispielsweise bei einem Torsionslager an einem Lenker im Fahrzeugbau, treten auch große statische Kräfte auf, beispielsweise als Fahrzeuggewicht, die als Vorlast dauerhaft auf ein Torsionslager einwirken. Daraus ergibt sich eine Verschiebung des Betriebspunkts des Torionslagers. Um diesen Betriebspunkt herum soll das Torsionslager für eine optimale Schwingungsentkopplung, zum Beispiel von fahrbahnangeregten Schwingungen, möglichst welch sein. Auch bei einer nicht dauerhaft statisch anliegenden Vorlast, beispielsweise durch ein Eigengewicht, sondern auch bei einer dynamischen Mittellast soll eine optimale Schwingungsentkopplung erfolgen. Bei Verwendung weicher Torsionslager ist dies möglich, bedingt jedoch große Federwege entsprechend großer Winkelwege, für die jedoch oft kein ausreichender Bauraum zur Verfügung steht. Zudem sind bei solchen weichen Torsionslagern Führungs- und Stützeigenschaften stark reduziert, so dass gegebenenfalls zusätzliche Führungselemente und/oder Anschläge erforderlich werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Torsionslager so weiterzubilden, dass unter Berücksichtigung einer Torsions-Vorlast insgesamt relativ geringe Federwege als Winkelwege bei einer optimalen Schwingungsentkopplung in einem Arbeitsbereich möglich sind.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 ist in einem gattungsgemäßen Torsionslager das Innenteil relativ zum Aufnahmeauge und/oder relativ zur Außenschale zum Aufbau einer bestimmten Torsions-Vorspannung gegenüber dem Herstellzustand um einen zugeordneten Vorspannwinkel in eine Vorspann-Winkelposition um die Lagerachse verdreht. Zudem ist diese Relativverdrehung an der Vorspann-Winkelposition mittels einer Rückdrehsperre gegen ein Zurückdrehen abgestützt, bei freier Weiterverdrehmöglichkeit bei entsprechend höherer Torsionslast.
  • Mit einer solchen Torsionsvorspannung in Verbindung mit einer Rückdrehsperre können vorteilhaft die mit einer Torsionsvorlast üblicherweise verbundenen großen Federwege bzw. großen Winkelwege verkleinert werden, so dass dadurch nur noch kleinere Einbauräume erforderlich werden und sich damit konstruktive Freiräume ergeben, wie dies im Weiteren näher erläutert ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Torsionslager kann für einen anwendungsspezifisch optimierten Einsatz unter Berücksichtigung einer Vorlast vorteilhaft wie folgt gestaltet und ausgelegt werden:
    Für einen vorgegebenen Torsionslagereinsatz mit einer Torsionsvorlast wird ein Lagerbetriebspunkt mit einer zugeordneten Lagermittellast definiert, um den in einem durch eine zu erwartende betriebsübliche minimale Torsionslast und maximale Torsionslast vorgegebenen Arbeitsbereich jeweils mit halber Schwingungsamplitude betriebsüblich zu erwartende Torsions-Schwingungen auftreten. Diese Torsions-Schwingungen können beispielsweise beim Einsatz in einem Fahrzeug fahrbahnangeregte Schwingungen sein, wobei nur bei Extrembelastungen, beispielsweise bei einem schlechten Fahrbahnzustand der vorgegebene Arbeitsbereich unter- oder überschritten wird. Die Torsions-Schwingungen sollen im Arbeitsbereich mit ihren Schwingungsamplituden möglichst weich elastisch und molekular im Elastomerkörper aufgenommen werden.
  • Weiter soll die Torsions-Vorspannung im Elastomerkörper (noch ohne eine betriebsmäßige Torsionslast) so vorgegeben werden, dass diese der vorgegebenen minimalen Torsionslast, gegebenenfalls reduziert um einen relativ geringen Sicherheits-Torsionslastwert entspricht. Damit ergibt sich eine Torsionsfederkennung, die bis zum Erreichen des Arbeitsbereichs stark progressiv ist und im Arbeitsbereich flach ansteigt. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass eine Torsionsvorlast nicht zwangsläufig einen großen Federweg bzw. Winkelweg bis zum Erreichen des Arbeitsbereichs bedingt und dennoch im Arbeitsbereich eine optimale Schwingungsentkopplung mit einer weichen Lageranbindung möglich ist.
  • In einer Weiterbildung ist an einer Winkelposition entsprechend einer zu erwartenden betriebsüblichen maximalen Torsionslast entsprechend der Obergrenze des Arbeitsbereichs, gegebenenfalls vergrößert um einen Sicherheitswinkel am Aufnahmeauge und/oder an der Außenschale wenigstens ein starrer oder elastischer Anschlag angebracht. Dadurch steigt die Federkennung im Anschluss an den Arbeitsbereich stark progressiv an, so dass das Torsionslager vor einer Torsionsüberlastung geschützt wird.
  • Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Torsionslager als Schlitzbuchsen-Lager ausgeführt sein, wobei das Elastomer-Metall-Element ein zylindrisches Innenteil aus Stahl oder Kunststoff aufweist, das von einem ringförmigen Elastomerkörper umgeben ist, der mit dem Innenteil kraftschlüssig und/oder angehaftet verdrehfest verbunden ist. An dem Elastomerkörper ist ein längsgeschlitztes Außenrohr als Blechrohr oder Kunststoffrohr, gegebenenfalls mit einem äußeren Elastomerfilm versehen, angehaftet, wobei sich der Schlitz in den Elastomerkörper hinein fortsetzt und so breit ist, dass er im eingepressten Zustand im Aufnahmeauge geschlossen ist. In so einem Torsionslager mit einem ringförmigen Elastomerkörper gegebenenfalls mit einem oder mehreren eingebetteten Zwischenblechen können Torsionsvorspannungen zur Berücksichtigung einer Torsionsvorlast besonders gleichmäßig verteilt im Elastomermaterial aufgebaut und abgestützt werden.
  • Allgemein wird hier festgestellt, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen sprach- und fachüblich in Verbindung mit dem Begriff „Elastomer-Metall-Element” unter „Elastomer” insbesondere Gummimaterial verstanden wird, welches mittels Vulkanisation verarbeitet wird. Unter dem Begriff „Metall” werden sowohl Stahl- und Blechmaterialien als auch entsprechend stabile und steife Kunststoffmaterialien verstanden, welche auch in Kombination verwendbar sind.
  • Bei einem Torsionslager mit einer ersten Ausführungsform einer Rückdrehsperre ragt das Innenteil vorzugsweise beidseitig jeweils mit einem Innenteilvorsprung, vorzugsweise mit beidseitigen Anschlusspratzen in Richtung der Lagerachse aus dem Elastomer-Metall-Element ab. Eine Verdreheinrichtung zur Aufbringung der Torsions-Vorspannung und die Rückdrehsperre sind dergestalt aufgebaut, dass ein Bügel das Aufnahmeauge übergreift und mit seinen Bügelschenkelenden jeweils mit einem Innenteil-Vorsprung bzw. einer Anschlusspratze verbunden ist.
  • Durch eine Relativverschwenkung zwischen dem Bügel und dem Aufnahmeauge bei einem bereits verdrehfest eingepressten Elastomer-Metallelement bis zur vorgegebenen Vorspann-Winkelposition ist die gewünschte Torsions-Vorspannung erreicht. Als Rückdrehsperre wird dann ein vorzugsweise abragender Sperrpin in eine am Aufnahmeauge seitlich axial angebrachte Pinaufnahmebohrung zur Rückdrehabstützung der Bügelschenkel eingesetzt.
  • Zudem kann insbesondere nach dem Arbeitsbereich ein Anschlagpin am Aufnahme-Auge angeordnet werden.
  • Bei einer solchen Ausführungsform kann vorteilhaft, beispielsweise bei einem Lenker mit einem Torsionslager an einem Lenkerende die Torsionsvorspannung unabhängig und bereits vor einem Lenkereinbau aufgebracht werden, so dass der durch eine Torsionsvorlast bedingte Federweg bzw. Winkelweg nicht im Einbauraum zur Verfügung gestellt werden muss.
  • In einer alternativen Ausführungsform ragt ebenfalls das Innenteil vorzugsweise beidseitig jeweils mit einem Innenteil-Vorsprung, vorzugsweise als beidseitige Anschlusspratzen in Richtung der Lagerachse aus dem Elastomer-Metall-Element vor. Eine Verdreheinrichtung zur Aufbringung der Torsions-Vorspannung und die Rückdrehsperre sind hier dergestalt aufgebaut, dass an wenigstens einem Innenteil-Vorsprungs vorzugsweise gegenüberliegend an beiden Innenteil-Vorsprüngen bzw. an den Anschlusspratzen seitlich zur Außenschale radial abstehende und die Außenschale radial überragende Sperrpins angeordnet sind.
  • Die Außenschale weist an wenigstens einem Pinbereich, vorzugsweise an beiden Pinbereichen seitlich abstehende Schalenstützelemente auf, die im Herstellzustand noch ohne Aufnahmeauge und ohne Torsionsvorspannung in Torsionsrichtung mit schräg verlaufenden Einlaufkonturen als Rampen an den Sperrpins anliegen.
  • Durch eine Relativdrehung in Richtung der Torsionslast zwischen dem Innenteil und der Außenschale wird durch Verformung des Elastomerkörpers die Außenschale entlang der Rampen axial gegenüber dem Innenteil unter Aufbau einer Axialspannung verschoben. Die Rampen sind dabei so dimensioniert, dass nach der Verdrehung bis zum Aufbau der vorgegebenen Torsions-Spannung die Rampen durchlaufen sind und die Schalenstützelemente axial in ihre axiale Ausgangsstellung zurückfedern, so dass sie sich an der Vorspann-Winkelposition entgegen der Vorspannrichtung an den Sperrpins als Rückdrehsperre abstützen. Es ist somit nur eine Abstützung durch eine Anlage an den Sperrpins gegen ein Zurückdrehen, so dass eine freie Weiterdrehmöglichkeit für größere Torsionslasten gegeben ist.
  • Bei dieser zweiten alternativen Ausführungsform kann die Torsionsvorspannung unabhängig von einem Aufnahmeauge oder einem Aufnahmeraum am Elastomer-Metall-Element vorgenommen werden, das dann im vorgespannten Zustand in das Aufnahme-Auge bzw. einem Aufnahmeraum einpressbar ist. Auch hier wird somit ein einer Torsionsvorlast zugeordneter Federweg bzw. Verdrehwinkel am Elastomer-Metall-Element vorgespannt, so dass er in einem Einbauraum nicht mehr berücksichtigt werden muss.
  • Eines der beiden Schalenstützelemente, welches in der axialen Verschieberichtung liegt, kann vorteilhaft als Hakenelement mit entsprechender Rampe und das gegenüberliegende Schalenstützelement als abragendes Dreieckelement mit jeweils gleich gerichteten linearen schrägen Kanten als Rampen ausgebildet werden.
  • Bei einer Schlitzbuchse mit einem längsgeschlitzten Außenrohr kann die axiale Verschiebung und das Einrasten der Schalenstützelemente an den Sperrpins dadurch unterstützt werden, dass die Schalenstützelemente im Bereich und seitlich an einer Schlitzkante angeordnet sind.
  • Auch bei der zweiten Ausführungsform können beabstandet zur Vorspann-Winkelposition in Weiterdrehrichtung, insbesondere nach einem Arbeitsbereich Anschlagelemente angeordnet werden.
  • Weiter wird ein Verfahren zur Auslegung eines elastischen erfindungsgemäßen Gelenks für einen vorgegebenen Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht.
  • Anhand einer Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht eines Torsionslagers an einem Lenker ohne Torsionsvorspannung,
  • 2 eine Draufsicht auf das Torsionslager nach 1,
  • 3 das Torsionslager nach 1 mit Torsionsvorspannung,
  • 4 eine Draufsicht auf das Torsionslager nach 3,
  • 5 eine Ansicht eines Elastomer-Metall-Elements eines Torsionslagers quer zur Lagerachse ohne Torsionsvorspannung,
  • 6 eine Draufsicht auf das Elastomer-Metall-Element nach 5,
  • 7 eine perspektivische Ansicht entsprechend 6,
  • 8 eine perspektivische Ansicht des Elastomer-Metall-Elements nach den 5 bis 7 mit aufgebrachter Torsionsvorspannung,
  • 9 eine Schnittdarstellung eines Torsionslagers mit einem Aufnahmeauge, in das das Elastomer-Metall-Element nach 8 eingepresst ist,
  • 10 eine Schnittdarstellung entsprechend 9 um 90° um die Lagerachse gedreht,
  • 11 eine perspektivische Ansicht eines Torsionslagers mit Aufnahmeauge und eingepresstem Elastomer-Metall-Element mit aufgebrachter Torsionsvorspannung, und
  • 12 eine Federkennlinie.
  • In den 1 bis 4 ist eine erste Ausführungsform einer elastischen Gelenkbuchse als rotatorisch belastbares Torsionslager 1 in unterschiedlichen Ansichten und unterschiedlichen Vorspannzuständen gezeigt. Das Torsionslager 1 weist ein Elastomer-Metall-Element 2, das aus einem zylindrischen Innenteil 3 mit seitlich in Richtung einer Lagerachse 4 abstehenden Anschlusspratzen 5a, 5b sowie einem das Innenteil 3 umgebenden ringförmigen Elastomerkörper 6 besteht. Am Elastomerkörper 6 ist ein längsgeschlitztes Außenrohr 7 angehaftet und in den Elastomerkörper 6 ist ein Zwischenblech 8 eingebettet. Das Elastomer-Metall-Element 2 ist bereits unter Verringerung seines Durchmessers und Schließung des Schlitzes des Außenrohrs 7 in ein Aufnahmeauge 9 eines Lenkers 10 eingepresst, wodurch eine radiale Basis-Vorspannung im Elastomermaterial des Elastomerkörpers 6 aufgebaut und eine verdrehfeste Einbaulage des Elastomer-Metall-Elements 2 im Aufnahmeauge 9 hergestellt wurde.
  • Zur Aufbringung einer Torsionsvorspannung ist eine Verdreheinrichtung und eine Rückdrehsperre 11 angebracht mit einem Bügel 12, der das Aufnahmeauge 9 mit seinen (hier als Flächenteile ausgebildeten) Bügelschenkeln 13a, 13b übergreift, wobei die Bügelschenkelenden jeweils mit den zugeordneten Anschlusspratzen 5a, 5b verbunden sind.
  • Die 1 und 2 zeigen den Zustand des Torsionslagers 1 noch ohne aufgebrachte Torsionsvorspannung, wobei der Bügel 12 in Richtung der Lenkerlängsachse 14 liegt, in einer Verdrehrichtung (Pfeil 15) vor einer Aufnahmebohrung 16 für einen noch nicht eingesetzten Sperrpin 17.
  • Zur Aufbringung einer vorgegebenen Torsions-Vorspannung entsprechend einem Federweg bzw. Verdrehwinkel 18 von hier lediglich beispielhaft 30° werden der Bügel 12 und der Lenker 10 gegeneinander verschwenkt und der Sperrpin 17 in die quer am Aufnahmeauge 9 durchgehende Aufnahmebohrung 16 so eingesetzt, dass er beidseitig aus dem Aufnahmeauge 9 vorsteht und als Bestandteil der Rückdrehsperre 11 den Bügel 12 in der vorspannten Lage gegen eine Rückdrehung abstützt, wobei jedoch eine freie Weiterverdrehmöglichkeit bei entsprechend höherer Torsionslast bis zu einem vom Sperrpin 17 in Drehrichtung 15 beabstandeten Anschlagpin 19.
  • Die Lagerfunktion der ersten Ausführungsform des Torsionslagers 1 wird in Verbindung mit der Federkennlinie 20 aus 12 näher erläutert:
    In 12 ist nach oben die Torsionslast T am Torsionslager 1 und nach rechts der entsprechende Federweg S entsprechend einem Winkelweg aufgetragen. 12 stellt schematisch die Federkennlinie 20 dar, die für einen vorgegebenen Lagereinsatz mit einer Torsionsvorlast beispielsweise durch ein Eigengewicht vorliegt. Durch eine solche Torsionsvorlast verschiebt sich der Lagerbetriebspunkt S0' zu einem entsprechend zugeordneten Lagerbetriebspunkt S0 als Mittellastpunkt, um den in einem durch eine zu erwartende minimale Torsionslast Tmin und maximale Torsionslast Tmax vorgegebenem Arbeitsbereich S1 jeweils mit halber Schwingungsamplitude Torsionsschwingungen auftreten, die elastisch und molekular im Elastomerkörper 6 relativ weich aufgenommen werden sollen.
  • In 3 und 4 ist der Lenker 10 bereits mit einer Torsionslast T1 (siehe Pfeil T1) belastet, welche etwa der aufgebrachten Torsionsvorspannung im Elastomerkörper 6 reduziert um eine relativ geringe Sicherheitstorsionslast entspricht. Der Bügel 12 hat ersichtlich bis zur Torsionslast T1 (nahezu) noch nicht vom Sperrpin 17 abgehoben und noch keinen Federweg gemacht. Daraus ergibt sich der stark progressive anfängliche Federkennlinienbereich K1, welcher dann bis zum Beginn des Arbeitsbereichs S1 flacher werdend in den flachen Kennlinienbereich K2 von S1 einläuft.
  • Wie aus 12 ersichtlich kann damit gegenüber einem weichen Lager ohne Torsionsvorspannung ein erforderlicher Einbauraum für den Lenker 10 mit einem erfindungsgemäßen Torsionslager 1 um den Federweg, bzw. Winkelweg Sr zwischen So' und So reduziert werden.
  • Der durch den Anschlagpin 19 vorgegebene Federweg entspricht einer Torsionslast T2, die über der betriebsüblich zu erwartenden maximalen Torsionslast Tmax liegt, wobei das Torsionslager 1 durch den Anschlagpin 19 vor einer Überlastung geschützt werden soll. Bei einem starren Anschlag geht daher die Federkennlinie 20 entsprechend dem Kennlinienbereich K3 steil nach oben, kann jedoch alternativ bei einem elastisch ausgebildeten Anschlag auch stark progressiv entsprechend dem Kennlinienbereich K3, ausgeführt werden.
  • In den 1 bis 4 ist ein Torsionslager 1 dargestellt, bei dem eine Torsionsvorspannung mit einer Rückdrehsperre im bereits in das Aufnahmeauge 9 eingepressten Elastomer-Metall-Element 2 aufgebracht wurde. In einer alternativen Ausführungsform nach den 5 bis 11 wird dagegen eine Torsionsvorspannung in Verbindung mit einer Rückdrehsperre in einem Elastomer-Metall-Element 21 noch vor dem Einpressen in ein Aufnahmeauge 9 aufgebracht. Für mit der ersten Ausführungsform gleichen Bauteilen werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Auch im Elastomer-Metall-Element 21 ist ein zylindrisches Innenteil 3 verwendet mit abstehenden Anschlusspratzen 5a, 5b. Das Innenteil 3 ist von einem ringförmigen Elastomerkörper 6 umgeben, der verdrehfest mit dem Innenteil 3 verbunden ist. Der Elastomerkörper 6 ist wiederum von einem angehafteten Außenrohr 7 umgeben, welches einen sich in den Elastomerkörper 6 hinein fortsetzenden Längsschlitz 22 aufweist. Beim Einpressen in das Lagerauge 22 (9 bis 11) wird der Längsschlitz 22 unter Durchmesserverkleinerung des Elastomer-Metall-Elements 21 und Aufbau einer im Wesentlichen radialen Vorspannung im Elastomermaterial geschlossen.
  • An den Anschlusspratzen 5a, 5b sind jeweils seitlich zum Elastomerkörper radial abstehende und das Außenrohr 7 radial überragende Sperrpins 23a und 23b angeordnet.
  • Das Außenrohr 7 weist in den Pinbereichen seitlich abstehende Schalenstützelemente 24a, 24b auf, die im Herstellzustand (noch ohne aufgebrachter Torsions-Vorspannung) mit in Verdrehrichtung schräg verlaufenden Rampen 25a, 25b an den Sperrpins 23a, 23b anliegen, wie dies in der Draufsicht nach 6 und in der perspektivischen Ansicht nach 7 deutlich erkennbar ist.
  • Die Schalenstützelemente 24a, 24b sind jeweils seitlich im Bereich einer Schlitzkante des Längsschlitzes 22 des Außenrohres 7 angebracht.
  • Zur Aufbringung der Torsions-Vorspannung erfolgt eine Verdrehung des Außenrohrs 7 gegenüber dem Innenteil 3 entsprechend den Drehpfeilen 26 aus 7. Dabei wird durch Verformung des Elastomerkörpers 6 das Außenrohr 7 mit seinen Schalenstützelementen 24a, 24b entlang der Rampen 25a, 25b axial in Richtung des Pfeils 27 in Verbindung mit einer axialen Vorspannung verschoben. Das in Verdrehrichtung rechte Schalenstützelement 24a ist dabei als Hakenelement und das gegenüberliegende Schalenstützelement 24b als Dreieckselement ausgebildet.
  • Die Rampen 25a, 25b sind so dimensioniert, dass nach dem Aufbau der vorgegebenen Torsions-Vorspannung die Rampen 25a, 25b durchlaufen sind und das Außenrohr 7 mit seinen Schalenstützelementen 24a, 24b in ihre axiale Ausgangsstellung zurückfedert (Pfeil 28), so dass sich an dieser eingestellten Vorspann-Winkelposition die Schalenstützelemente 24a, 24b entgegen der Vorspannrichtung an den Sperrpins 23a, 23b abstützen, wobei eine freie Weiterdrehmöglichkeit gegeben ist (siehe 8). Das so vorgespannte Elastomer-Metall-Element 21 kann nun zur Aufbringung einer radialen Basisvorspannung und für eine verdrehfeste Anlage in ein Aufnahmeauge 9 eingepresst werden, wie dies in unterschiedlichen Ansichten in den 9 bis 11 dargestellt ist.
  • Auch bei dieser zweiten Torsionslagerausführung kann bei Bedarf nach einem Arbeitsbereich S1 ein Anschlag in Weiterdrehrichtung zwischen dem Innenteil 3 und dem Außenrohr 7 oder dem Aufnahmeauge 9 angebracht werden.
  • Die in Verbindung mit der ersten Lagerausführung nach den 1 bis 4 in Verbindung mit der Federkennlinie 20 nach 12 gemachten Ausführungen zur Lagerfunktion treffen auch auf die Lagerfunktion der zweiten Torsionslagerausführung nach den 5 bis 11 zu, so dass zur Vermeidung einer Wiederholung darauf verweisen wird.

Claims (11)

  1. Elastische Gelenkbuchse als rotatorisch belastbares Torsionslager mit einem Elastomer-Metall-Element (2; 21) bestehend aus einem Innenteil (3) als erstem Lagerteil, das zumindest teilweise von mindestens einem verdrehfest verbundenen Elastomerkörper (6) umgeben ist und aus einer mit dem mindestens einen Elastomerkörper (6) fest verbundenen Außenschale (7) und mit einem Aufnahme-Auge (9) als zweitem Lagerteil, in das das Elastomer-Metall-Element (2; 21) im Einbauzustand unter Verkleinerung seines Durchmessers zum Aufbau einer Basis-Vorspannung im Elastomermaterial sowie einer verdrehfesten Einbauanlage eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (3) relativ zum Aufnahmeauge (9) und/oder relativ zur Außenschale (7) zum Aufbau einer bestimmten Torsions-Vorspannung gegenüber dem Herstellzustand um einen zugeordneten Vorspannwinkel in eine Vorspann-Winkelposition um die Lagerachse (4) verdreht ist, und dass die Relativverdrehung an der Vorspann-Winkelposition mittels einer Rückdrehsperre (11) gegen ein Zurückdrehen abgestützt ist bei freier Weiterverdrehmöglichkeit bei entsprechend höherer Torsionslast.
  2. Elastische Gelenkbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für einen vorgegebenen Torsionslagereinsatz mit einer Torsionsvorlast ein Lagerbetriebspunkt (So) mit einer zugeordneten Lagermittellast (To) definiert ist, um den in einem durch eine betriebsübliche minimale Torsionslast (Tmin) und maximale Torsionslast (Tmax) vorgegebenen Arbeitsbereich (S1) jeweils mit halber Schwingungsamplitude betriebsübliche Torsions-Schwingungen auftreten, die elastisch und molekular im Elastomerkörper (6) relativ weich aufgenommen werden sollen, und dass die Torsions-Vorspannung (T1) im Elastomerkörper (6) (ohne eine betriebsmäßige Torsionslast) so vorgegeben ist, dass diese der vorgegebenen minimalen Torsionslast (Tmin), gegebenenfalls reduziert um einem relativ geringen Sicherheits-Torsionslastwert entspricht, sodass die Torsionsfederkennung bis zum Erreichen des Arbeitsbereichs (S1) stark progressiv und im Arbeitsbereich (S1) flach ansteigend ist.
  3. Elastische Gelenkbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Winkelposition einer Torsionslast (T2) entsprechend einer betriebsüblichen maximalen Torsionslast (Tmax) gegebenenfalls vergrößert um einen Sicherheitswinkel am Aufnahme-Auge (9) und/oder an der Außenschale (7) wenigstens ein starrer oder elastischer Anschlag (19) angebracht ist, sodass die Federkennung im Anschluss an einen Arbeitsbereich (S1) stark progressiv ansteigt.
  4. Elastische Gelenkbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Metall-Element (2) ein zylindrisches Innenteil (3) aus Stahl oder Kunststoff aufweist, das von einem ringförmigen Elastomerkörper (6) umgeben ist, der mit dem Innenteil (3) kraftschlüssig und/oder angehaftet verdrehfest verbunden ist, und dass an den Elastomer-Körper (6) ein längsgeschlitztes Außenrohr als Blechrohr (7) oder Kunststoffrohr, gegebenenfalls mit einem äußeren Elastomerfilm versehen, angehaftet ist, wobei sich der Längsschlitz (22) in den Elastomerkörper (6) hinein fortsetzt und so breit ist, dass er im eingepressten Zustand im Aufnahme-Auge (9) geschlossen ist.
  5. Elastische Gelenkbuchse, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (3) vorzugsweise beidseitig jeweils mit einem Innenteil-Vorsprung, vorzugsweise mit beidseitigen Anschlusspratzen (5a, 5b) in Richtung der Lagerachse (4) aus dem Elastomer-Metall-Element (2) abragt, dass eine Verdreheinrichtung zur Aufbringung der Torsions-Vorspannung (T1) und die Rückdrehsperre (11) dergestalt aufgebaut sind, dass ein Bügel (12) das Aufnahme-Auge (9) übergreift und mit seinen Bügelschenkeln (13a, 13b) jeweils mit einem Innenteil-Vorsprung bzw. einer Anschlusspratze (5a, 5b) verbunden ist, dass durch eine Relativerschwenkung zwischen dem Bügel (12) und dem Aufnahme-Auge (9) bei einem bereits verdrehfest eingepresstem Elastomer-Metall-Element (2) bei der Vorspann-Winkelposition die Torsions-Vorspannung (T1) vorliegt, und dass als Rückdrehsperre (11) ein vorzugsweise beidseitig abragender Sperrpin (17) in eine am Aufnahme-Auge (9) seitlich axial durchgehende Pinaufnahmebohrung (16) zur Rückdrehabstützung der Bügelschenkel (13a, 13b) eingesetzt ist.
  6. Elastische Gelenkbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Weiterdrehrichtung insbesondere nach dem Arbeitsbereich (S1) beabstandet zum Sperrpin (17) beidseitig oder einseitig wenigstens ein weiterer Pin als Anschlagpin (19) am Aufnahme-Auge (9) angeordnet ist.
  7. Elastische Gelenkbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (3) vorzugsweise beidseitig jeweils mit einem Innenteil-Vorsprung, vorzugsweise mit beidseitigen Anschlusspratzen (5a, 5b) in Richtung der Lagerachse (4) aus dem Elastomer-Metall-Element (21) abragt, dass eine Verdreheinrichtung zur Aufbringung der Torsions-Vorspannung und die Rückdrehsperre (11) dergestalt aufgebaut sind, dass an wenigstens einem Innenteil-Vorsprung, vorzugsweise gegenüberliegend an beiden Innenteil-Vorsprüngen (5a, 5b), seitlich zur Außenschale (7) radial abstehende und die Außenschale (7) radial überragende Sperrpins (23a, 23b) angeordnet sind, dass die Außenschale (7) an wenigstens einem Pinbereich, vorzugsweise an beiden Pinbereichen seitlich abstehende Schalenstützelemente (24a, 24b) aufweist, die im Herstellzustand noch ohne Aufnahme-Auge (9) und ohne Torsions-Vorspannung (T1) in Verdrehrichtung mit schräg verlaufenden Einlaufkonturen als Rampen (25a, 25b) an den Sperrpins (23a, 23b) anliegen, dass durch eine Relativdrehung zwischen dem Innenteil (3) und der Außenschale (7) durch Verformung des Elastomerkörpers (6) die Außenschale (7) entlang der Rampen (25a, 25b) axial gegenüber dem Innenteil (3) unter Aufbaue einer Axialvorspannung verschoben wird, wobei die Rampen (25a, 25b) so dimensioniert sind, dass nach dem Aufbau der vorgegebenen Torsions-Vorspannung (T1) die Rampen (25a, 25b) durchlaufen sind, dabei die Schalenstützelemente (24a, 24b) axial in ihre axiale Ausgangsstellung zurückfedern und sich an der Vorspann-Winkelposition entgegen der Vorspannrichtung an den Sperrpins (23a, 23b) mit einer freien Weiterdrehmöglichkeit abstützen, und dass das so mit der Torsions-Vorspannung (T1) vorgespannte Elastomer-Metall-Element (21) in das Aufnahme-Auge (9) einpressbar ist.
  8. Elastische Gelenkbuchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalenstützelement (24a) als Hakenelement und das gegenüberliegende Schalenstützelement (24b) als abragendes Dreieckelement mit jeweils gleich gerichteten linearen schrägen Kanten als Rampen (25a, 25b) ausgebildet sind.
  9. Elastische Gelenkbuchse nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale ein Außenrohr (7) mit einem Längsschlitz (22) ist und die Schalenstützelemente (24a, 24b) im Bereich und seitlich an einer Schlitzkante angeordnet sind.
  10. Elastische Gelenkbuchse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zur der Vorspann-Winkelposition in Weiterdrehrichtung, insbesondere nach einem Arbeitsbereich (S1) Anschlagelemente angeordnet sind.
  11. Verfahren zur Auslegung eines elastischen Gelenks als Torsionslager (1) für einen vorgegebenen Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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