-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbuchse, insbesondere zur Verbindung eines Stabilisators mit der Karosserie eines Fahrzeugs, umfassend einen Außenkörper und einen mit dem Außenkörper verbundenen elastischen Verbundkörper, wobei der Verbundkörper elastische Schichten aus einem thermoplastischen Elastomer und wenigstens zwei Zwischenkörper aufweist, die derart miteinander verbunden sind, dass jeder Zwischenkörper zwischen zwei Schichten angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der Lagerbuchse.
-
Stabilisatoren werden in Kraftfahrzeugen mittels elastischer Lager, sogenannter „anti-roll bar bushings“ (ARBB), mit der Karosserie verbunden. Derartige elastische Lager sollen hohe radiale Steifigkeiten und niedrige Torsionsraten aufweisen. Elastische Lager werden üblicherweise aus einem chemisch vernetzten Elastomer, wie zum Beispiel Naturkautschuk (NR), vulkanisiert. Um zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich radialer Steifigkeit und Torsionsraten zu erreichen, weisen die Lager insbesondere bei großen Durchmessern des Stabilisators Zwischenbleche auf, die auch als Zwischenkörper bezeichnet werden können.
-
DE 30 38 356 A1 offenbart ein zylindrisch geschichtetes Lager mit einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen mehrere Lagen aus elastischen Schichten und unelastischen Schichten angeordnet sind. Jede elastische Schicht besteht aus einem elastomeren Material und umfasst zwei Substrate mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen.
-
DE 28 04 124 A1 zeigt ein kegelstumpfförmiges laminiertes Lager mit einem Innenelement und einem Außenelement, zwischen denen eine Reihe von abwechselnden und miteinander verbundenen kegelstumpfförmigen Schichten oder Laminierungen aus elastischem Material und aus einem im Wesentlichen nicht dehnbaren Material angeordnet ist. Als elastomeres Material kann synthetisches Elastomer und als nicht dehnbares Material kann glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet werden.
-
DE 30 28 246 C2 offenbart ein keilförmiges Stützlager, das zwei starre Metallringe aufweist, die kegelstumpfförmige innere beziehungsweise äußere Oberflächen aufweisen. Zwischen den Metallringen sind Verbundschichten aus elastischem Material und starrem Material angeordnet. Das elastische Material kann beispielsweise ein synthetischer Gummi sein. Das starre Material kann beispielsweise aus Glasfasern bestehen.
-
DE 10 2005 003 945 C5 zeigt ein Buchsenlager mit einem Innenteil, einem elastomeren Lagerkörper mit wenigstens einem Radialsteg von hoher radialer Steifigkeit und einer Niere. Im Bereich des Radialstegs sind unter Ausbildung einer radialen Schichtenfolge mit dem Elastomer Elemente aus Metall oder Kunststoff in den Lagerkörper eingefügt. Das Innenteil kann aus Kunststoff bestehen und eine anvulkanisierte Elastomerkontur aufweisen.
-
In der
EP 0 498 710 A2 ist ein elastisches Lager mit variabler Steifigkeit offenbart. Das Lager weist einen mit einer Grundplatte verbundenen Verbundkörper auf, der aus zwei festen Elementen und elastischen Elementen besteht. Jedes der festen Elemente ist zwischen zwei elastischen Elementen aufgenommen. Die Grundplatte begrenzt den Verbundkörper an einer Außenseite.
-
Die
DE 10 2010 053 731 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer elastischen Lagerung. Bei dem Verfahren wird ein metallisches Aufnahmeelement um ein Bauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere eine Drehstabfeder, positioniert. Sodann wird mittels 2K-Spritzguss ein thermoplastisches Elastomer zwischen das Bauteil und das Aufnahmeelement injiziert, um diese miteinander zu verbinden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse zu schaffen, die ein verbessertes Verhältnis von hoher radialer Steifigkeit zu niedriger Torsionsrate bei einer gleichzeitig kostengünstigen Herstellung aufweist.
-
Zur Lösung wird eine Lagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen der Lagerbuchse mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
-
Bei der Lagerbuchse bestehen die elastischen Schichten aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE). Bei elastischen Schichten aus TPE kann aufgrund der mehrfachen Aufschmelzbarkeit von TPE und der dabei erzielbaren Haftwirkung auf geeigneten Hartkomponenten wie zum Beispiel kompatiblen Kunststoffen während eines Komponenten-Spritzgussprozesses oder Metallen in einem Postbondingprozess auf das Aufbringen einer zusätzlichen Haftschicht verzichtet werden, was Kosten einspart.
-
Die Verwendung von TPE ermöglicht, dass auf Mehrkomponenten-Spritzguss, insbesondere auf 2-Komponenten-Spritzguss, zurückgegriffen werden kann. Durch 2-Komponenten-Spritzguss können Kunststoffteile durch Spritzguss hergestellt werden, die aus zwei verschiedenen Kunststoffen bestehen. Das Verfahren bietet insbesondere eine große Gestaltungsfreiheit beim Design der Lagerbuchse. Ferner ermöglicht das Verfahren, dass auf einfache und kostengünstige Weise die geringere Lebensdauer und das größere Setzverhalten gegenüber vulkanisierten Kautschukmischungen kompensiert werden. Gleichzeitig ist ein Lager mit einem großen Verhältnis zwischen hoher radialer Steifigkeit und niedriger Torsionsrate herstellbar, indem mehrere Zwischenkörper vorgesehen werden, was im 2-Komponenten-Verfahren besonders kostengünstig umgesetzt werden kann.
-
Durch das Einbringen vieler Zwischenkörper kann die Härte der elastischen Schichten bei gleicher Radialsteifigkeit niedriger gewählt werden und die Torsionssteifigkeit gegenüber der Radialsteifigkeit wieder deutlich abgesenkt werden. Gleichzeitig erhöht sich mit der Anzahl der Zwischenkörper die gebundene Fläche der elastischen Schichten, was eine geringere Setzneigung zur Folge hat. Denn TPE hat eine höhere Setzneigung als vulkanisierter, chemisch vernetzter Gummi. Aufgrund dessen muss die Druckbelastung auf TPE im Vergleich zu Gummi geringer sein. Dies kann erreicht werden, indem größere Flächen zur Verfügung gestellt werden, wodurch geringere Druckbelastungen auftreten. Ein aufgrund dessen zu vergrößerndes Gesamtdesign kann jedoch höhere Torsionsraten im Verhältnis zur radialen Steifigkeit aufweisen. Dieser Effekt wird durch eine Erhöhung der Anzahl der Zwischenkörper kompensiert.
-
Vorteilhaft weist das thermoplastische Elastomer niedrigviskose Eigenschaften auf.
-
Bei der Lagerbuchse ist eine radial innerste Schicht der elastischen Schichten als Klebeschicht ausgebildet. Die radial innerste Schicht kann eine der elastischen Schichten und insbesondere stoffeinheitlich mit den anderen elastischen Schichten sein. Dadurch, dass die radial innerste Schicht als Klebeschicht ausgebildet ist, kann diese aufgeheizt und so zur Schmelze gebracht werden. Die Klebeschicht kann als eine Schmelzklebeschicht ausgebildet sein.
-
Bei einem Verfahren zur Montage der Lagerbuchse an einem Federelement, insbesondere einem Stabilisator, wird das Federelement zuerst mit der Klebeschicht in Kontakt gebracht. Anschließend wird der Stabilisator wenigstens teilweise aufgeheizt, sodass die Klebeschicht aufschmilzt und mit dem Stabilisator verklebt. Ferner kann auch zunächst die Klebeschicht aufgeschmolzen werden und anschließend mit dem Federelement in Kontakt gebracht werden. Anschließend wird die Klebeschicht abgekühlt, sodass diese erstarrt und mit dem Stabilisator eine stoffschlüssige Verbindung eingeht.
-
Vorteilhaft kann die Klebeschicht eine geringere Schichtdicke aufweisen als die übrigen elastischen Schichten. Dies führt bei einer Torsionsbelastung dazu, dass die Klebeschicht aufgrund ihrer großen gebundenen Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen technisch nicht relevante Verformungen zulässt. Dadurch wird die Verklebung während einer Torsionsbelastung nicht aufgebrochen.
-
Vorteilhaft sind die Zwischenkörper aus Kunststoff hergestellt. Kunststoff hat gegenüber Metall deutliche Gewichtsvorteile. Zudem wirkt der radial innerste Zwischenkörper, wenn er aus Kunststoff hergestellt ist, beim Verbinden der Lagerbuchse mit dem Stabilisator als thermischer Isolator. Beim Erwärmen und Aufschmelzen der als Klebeschicht ausgebildeten radial innersten Schicht kann so verhindert werden, dass die anderen elastischen Schichten, die stoffeinheitlich mit der radial innersten Schicht ausgebildet sind, ebenfalls aufschmelzen.
-
Vorteilhaft sind die Zwischenkörper aus einem faserverstärkten Polymer, insbesondere aus Polyamid, hergestellt.
-
Durch die Verwendung des 2-Komponenten-Spritzguss können gegenüber einem Vulkanisationsprozess überhaupt erst Kunststoffzwischenkörper ohne große Verformung eingesetzt werden. Die niedrigere Viskosität und die geringere Formtemperatur des TPEs gegenüber einer Kautschukmischung sind ursächlich dafür, dass während des Einspritzvorgangs die Belastung auf die Zwischenbleche durch den Einspritzdruck der elastomeren Komponente deutlich geringer ausfällt. Dadurch führen die bis zur vollständigen Füllung in den Zwischenräumen auftretenden Forminnendrücke nicht zu einer Deformation der Zwischenkörper aus Kunststoff. Nach vollständiger Füllung (in der Nachdruckphase) kann der Druck ansteigen, da ein gleichmäßiger Druckanstieg auf beiden Seiten des Zwischenkörpers gewährleistet ist, sodass es zu keiner maßgeblichen Verformung der Zwischenkörper kommt. Vorteilhaft wird eine thermoplastische Elastomerschmelze verwendet, die eine niedrige Viskosität aufweist.
-
Vorteilhaft sind die Zwischenkörper und die elastischen Schichten des Verbundkörpers stoffschlüssig miteinander verbunden. Eine stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch das 2-Komponenten-Spritzgussverfahren erzielt werden.
-
Vorteilhaft ist die Lagerbuchse geteilt und/oder geschlitzt. Durch eine geschlitzte oder geteilte Ausführung der Lagerbuchse können Zugspannungen in den elastischen Schichten, die sich beim Abkühlen aufgrund der thermischen Ausdehnung ergeben können, durch ein Kalibrieren entgegengewirkt werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Stabilisators mit Übermaß oder einer äußeren Montageschelle, welche eine Druckspannung auf das Lager im montierten Zustand ausübt.
-
Vorteilhaft weist die Lagerbuchse zwei miteinander verbindbare Halbschalen auf, wobei jede der Halbschalen einen Außenkörper und einen mit dem Außenkörper verbundenen elastischen Verbundkörper umfasst. Die Halbschalen können beispielsweise mittels einer Schelle verbunden werden.
-
Das Verfahren zum Herstellen der Lagerbuchse mittels Mehrkomponenten-Spritzgießen umfasst die folgenden Schritte:
- a) Spritzgießen der Zwischenkörper und/oder des Außenkörpers; und
- b) Anspritzen der elastischen Schichten an die Zwischenkörper und/oder an den Außenkörper
-
Unter Mehrkomponenten-Spritzgießen wird vorliegend das Spritzgießen von Kunststoffteilen durch Spritzguss verstanden, die aus mehreren verschiedenen Kunststoffen bestehen. So bestehen beispielsweise Kunststoffteile, die im 2-Komponenten-Spritzgießverfahren hergestellt wurden, aus zwei verschiedenen Kunststoffen.
-
Vorteilhaft erfolgt Schritt a) mittels Kunststoffspritzguss. Vorteilhaft bestehen die elastischen Schichten aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE). Weiterhin vorteilhaft werden die Zwischenkörper und/oder der Außenkörper beabstandet zueinander in der Spritzgussform geformt, wobei in die dadurch gebildeten Zwischenräume die elastischen Schichten eingespritzt werden. Insbesondere werden zuerst die Zwischenkörper und/oder der Außenkörper gespritzt. Anschließend wird eine Werkzeughälfte durch eine zweite Werkzeughälfte mit größerem Volumen ersetzt, wobei die Zwischenkörper und/oder der Außenkörper in der Spritzgussform gehalten werden. Schließlich werden die elastischen Schichten an die Zwischenkörper und/oder an den Außenkörper angespritzt.
-
Darüber hinaus können die Zwischenkörper und/oder der Außenkörper separat hergestellt und in die Spritzgussform eingesetzt werden. Sodann werden die elastischen Schichten an diese angespritzt. Dies ist dann der Fall, wenn die Zwischenkörper und/oder der Außenkörper aus Metall hergestellt sind.
-
Durch dieses Verfahren wird die Ausbildung der Lagerbuchse mit den mehreren Zwischenkörpern aus Kunststoff und elastischen Schichten aus TPE ermöglicht. So können mehrere Zwischenkörper aus Kunststoff verwendet werden, ohne dass sich diese verformen. Die niedrigere Viskosität und die Formtemperatur des TPEs gegenüber der Viskosität einer Kautschukmischung sind ursächlich dafür, dass während des Einspritzvorgangs die Belastung auf die Zwischenkörper deutlich geringer ausfällt. Zudem ist das Kunststoffspritzen günstiger als ein langwieriger Vulkanisationsprozess. Ferner ist es mittels dem Verfahren auch möglich, zunächst zwischen den Außenkörper und einen ersten Zwischenkörper eine erste elastische Schicht anzuspritzen. In einem zweiten Schritt kann dann eine zweite elastische Schicht zwischen dem ersten Zwischenkörper und einem zweiten Zwischenkörper angespritzt wird. An den zweiten Zwischenkörper kann dann entweder eine Klebeschicht oder weitere Zwischenkörper mittels weiterer elastischen Schichten angespritzt werden.
-
Durch das Vorsehen mehrerer Zwischenkörper und damit mehrerer elastischer Schichten kann die Härte der elastischen Schichten bei gleicher Radialsteifigkeit niedriger gewählt werden und die Torsionssteifigkeit gegenüber der Radialsteifigkeit deutlich abgesenkt werden. Gleichzeitig erhöht sich mit der Anzahl der Zwischenkörper die gebundene Fläche der elastischen Schichten, was eine geringere Setzneigung zur Folge hat. Auf diese Weise wird durch das Verfahren eine Lagerbuchse hergestellt, die ein verbessertes Verhältnis von Radialsteifigkeit zu Torsionssteifigkeit aufweist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird an den radial innersten Zwischenkörper eine Klebeschicht angespritzt. Über die Klebeschicht erfolgt die Anbindung an einen Stabilisator eines Kraftfahrzeugs. Vorteilhaft bildet die Klebeschicht eine radial innerste Schicht. Die Klebeschicht kann eine geringere Dicke als die anderen elastischen Schichten aufweisen. Die Klebeschicht ist vorteilhaft aus TPE. Darüber hinaus kann die Klebeschicht als eine Schmelzklebeschicht ausgebildet sein.
-
Nachfolgend wird die Lagerbuchse anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Querschnitt gemäß eines Ausführungsbeispiels einer Lagerbuchse.
-
In 1 ist eine Lagerbuchse 10 zur Verbindung eines nicht dargestellten Stabilisators mit einer nicht dargestellten Karosserie eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
-
Die Lagerbuchse 10 weist zwei Halbschalen 16, 17 auf, die die Lagerbuchse 10 teilen. Die Halbschalen 16, 17 können beispielsweise mittels einer Schelle, die hier nicht dargestellt ist, miteinander verbunden und mit Druckspannungen beaufschlagt werden. Jede der Halbschalen 16, 17 weist einen Außenkörper 11 und einen mit dem Außenkörper 11 verbundenen elastischen Verbundkörper 12 auf.
-
Der Außenkörper 11 besteht aus einem faserverstärkten Polymer. Der Außenkörper 11 kann jedoch auch aus Metall bestehen, etwa aus Blech oder aus einer mittels Druckguss hergestellten Struktur. Ein Außengehäuse aus einem faserverstärktem Polymer kann beispielsweise mittels Kunststoffspritzguss hergestellt werden. Vorteilhaft wird der Außenkörper 11 zeitgleich mit den Zwischenkörpern 14 hergestellt. Weiterhin vorteilhaft besteht der Außenkörper 11 aus demselben Werkstoff wie die Zwischenkörper 14, prinzipiell könnte er aber in einem 3-Komponenten-Spritzgussverfahren aus einem von den Zwischenkörpern 14 abweichenden Kunststoff bestehen.
-
Der Verbundkörper 12 umfasst mehrere elastische Schichten 13 und mehrere Zwischenkörper 14, die mit den elastischen Schichten 13 verbunden sind, sodass jeder Zwischenkörper 14 zwischen zwei elastischen Schichten 13 angeordnet ist. Die elastischen Schichten 13 bestehen aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE).
-
Die radial innerste Schicht 18 der elastischen Schichten 13 ist als eine Klebeschicht 15 ausgebildet. Über die Klebeschicht 15 werden die Halbschalen 16, 17 mit einem Stabilisator stoffschlüssig verbunden. Die Klebeschicht 15 weist eine geringere Schichtdicke auf als die übrigen elastischen Schichten 13. Dies führt bei einer Torsionsbelastung dazu, dass die Klebeschicht 15 aufgrund ihrer großen gebundenen Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen nur untergeordnete Verformungen in der Verklebung zulässt.
-
Die Zwischenkörper 14 sind aus Kunststoff hergestellt. Kunststoff hat gegenüber Metall deutliche Gewichtsvorteile. Die Zwischenkörper 14 können zum Beispiel aus einem faserverstärkten Polymer, insbesondere aus Polyamid, hergestellt sein. Die elastischen Schichten 13 und die Zwischenkörper 14 sind stoffschlüssig miteinander verbunden.
-
Zur Befestigung der Lagerbuchse 10 an einem nicht dargestellten Stabilisator, werden die Klebeschichten 15 der Halbschalen 16, 17 mit dem Stabilisator in Kontakt gebracht. Anschließend wird der Stabilisator wenigstens teilweise aufgeheizt, sodass die Klebeschichten 15 aufschmelzen. Schließlich wird die Klebeschicht 15 abgekühlt, sodass diese erstarrt und mit dem Stabilisator eine stoffschlüssige Verbindung bildet. Um die beiden Halbschalen 16, 17 zu fixieren, kann eine nicht dargestellt Schelle verwendet werden, die außenumfangsseitig um die Außenkörper 11 gelegt wird. Ferner können auch zuerst die Klebeschichten 15 aufgeschmolzen werden, und anschließend werden die Klebeschichten 15 der Halbschalen 16, 17 mit dem Stabilisator in Kontakt gebracht. Da der radial innerste Zwischenkörper 14 aus Kunststoff hergestellt ist, dient dieser als thermischer Isolator. Dadurch schmelzen die übrigen elastischen Schichten 13 bei geeigneter Prozessführung nicht auf, wenn die Klebeschicht 15 aufgeschmolzen wird.
-
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Lagerbuchse 10 mittels 2-Komponenten-Spritzguss erläutert. Bei dem Verfahren werden zunächst die Zwischenkörper 14 und/oder der Außenkörper 11 hergestellt. Dies kann beispielsweise mittels Kunststoffspritzguss im selben Zyklus erfolgen. Anschließend werden an die Zwischenkörper 14 und den Außenkörper 11 die elastischen Schichten 13 angespritzt. Zudem wird an den radial innersten Zwischenkörper 14 die Klebeschicht 15 angespritzt.
-
Dadurch wird eine Lagerbuchse 10 geschaffen, die aufgrund einer nahezu beliebig hohen Anzahl an Zwischenkörpern ein besonders großes Verhältnis zwischen hoher radialer Steifigkeit und niedriger Torsionsrate auch bei großen Innendurchmessern der Lagerbuchse aufweist. Die Lagerbuchse 10 weist nämlich eine Mehrzahl von Zwischenkörpern 14 auf. Dadurch wird ferner die Setzneigung des TPE verringert, sodass die Lagerbuchse 10 eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Lagerbuchse
- 11
- Außenkörper
- 12
- Verbundkörper
- 13
- elastische Schicht
- 14
- Zwischenkörper
- 15
- Klebeschicht
- 16
- Halbschale
- 17
- Halbschale
- 18
- radial innerste Schicht
