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Die Erfindung betrifft ein Elastomer-Metall-Lager, insbesondere als Konuslager, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein bekanntes, gattungsgemäßes Elastomer-Metall-Lager (
DE 10 2004 047 173 A1 ) ist als elastisches Motorlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine an einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Es weist ein zentrales, stabiles und starres Innenrohr aus relativ dickwandigem Metall auf mit einer durch das Innenrohr geführten Verbindungsschraube, mit der ein erstes zu lagerndes Bauteil, hier ein Aufbauträger, mit dem Innenrohr verbindbar ist.
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Das Innenrohr ist von einem, sich bei einem vertikalen Einbau nach unten konisch verjüngenden Elastomer-Ringteil umschlossen, in das ein stabiles, starres Anschlussteil, hier ein Blechrohr, eingeformt ist, welches einen vom Elastomer-Ringteil radial abstehenden Anschlussbereich zum Anschluss eines zweiten zu lagernden Bauteils, hier eine Motorstütze, aufweist. Weiter ist eine obere, in einer Radialebene liegende Druckscheibe mit einer zentralen Bohrung, durch die die Verbindungsschraube geführt ist, vorgesehen.
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Die Druckscheibe liegt hier an der oberen Stirnseite des Innenrohrs und ein plattenförmiger Teil des Aufbauträgers an der unteren Stirnseite des Innenrohrs an. Beide Teile sind mit der Verbindungsschraube gegen das Innenrohr verschraubt. Die Druckscheibe hat somit bezüglich des Innenrohrs und des Elastomer-Ringteils im montierten Zustand eine ortsfeste unveränderliche Lage. Zwischen der Druckscheibe und dem Elastomer-Ringteil liegt hier ein Spann-Ringteil aus Elastomermaterial von oben her mit einer Dichtlippe auf der Motorstütze, dergestalt dass bei allen Ein- und Ausfederzuständen die Dichtlippe die Motorstütze abdichtet und bei starker Ausfederung zusätzlicher Druck auf das Elastomer-Ringteil aufbringbar ist.
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Die Federkonstante ist somit hier für eine bestimmte Lagerstelle durch die unveränderliche Geometrie und Relativlage der Bauteile und die Elastomerhärte vorgegeben und kann an die Lagerstelle nicht durch eine Veränderung angepasst oder nicht nachträglich an der Lagerstelle betriebsbedingt verändert und eingestellt werden. Änderung der Federkonstante eines solchen gattungsgemäßen Standardlagers sind nur durch andere Lagerdimensionierungen, nicht jedoch am selben Lager möglich.
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Weiter ist aus der
DE 44 36 244 C1 ein Lager mit einen ringförmigen ersten Federkörper aus elastomerem Werkstoff und einen zweiten Federkörper bekannt, der durch zumindest eine Tellerfeder gebildet ist. Der erste und der zweite Federkörper sind einander im Wesentlichen konzentrisch zugeordnet und in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet, wobei die Tellerfeder durch ein Spannelement derart vorspannbar ist, dass die Federrate nach der Verspannung auf die bestimmungsgemäße Vorspannung im Wesentlichen Null ist.
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Aus der
DE 11 49 946 B ist ein Geräuschdämpfer für Federaugen von Blattfedern, mit einem aus Schaumkunststoff bestehenden Hohlzylinder bekannt, der zwischen zwei Buchsen aus homogenelastischem Kunststoff sitzt, von denen die innere auf den Federbolzen aufgebracht ist, während die äußere das Federauge als Futter auskleidet. Die äußere Buchse besteht hier aus zwei einzelnen Buchsen, die mit je einer seitlichen Scheibe einstückig ausgebildet sind.
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Weiter ist aus der
EP 2 771 566 B1 eine Kraftstoffverteilungsschienen-Befestigungsanordnung mit mehreren Isolatoren bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Elastomer-Metall-Lager so weiterzubilden, dass dessen Federkonstante, vorzugsweise in axialer Richtung, ohne Änderungen an den Bauteilen oder der Elastomerhärte in einem gewissen Bereich veränderbar und einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 ist stirnseitig am Innenrohr als dessen axiale Verlängerung wenigstens eine Tellerfeder mit zentraler Öffnung angeordnet. Weiter ist stirnseitig nach der wenigstens einen Tellerfeder die Druckscheibe angeordnet. Die zentrale Verbindungsschraube verläuft als Spannschraube durch die zentrale Bohrung der Druckscheibe, durch die zentrale Öffnung der wenigstens einen Tellerfeder und durch das Innenrohr. Durch mehr oder weniger Anziehen der Spannschraube, das heißt durch mehr oder weniger Verlängerung der Spannlänge des Schraubenbolzens ist die axial Lage der Druckscheibe sowie die axiale Federlänge der wenigstens einen Tellerfeder relativ zum Elastomer-Ringteil in einem Verstellbereich verstellbar.
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Bei einer verlängerten Einstellung der Spannlänge der Spannschraube wird somit der relative Abstand der Druckscheibe um Elastomer-Ringteil vergrößert, wobei entsprechend die Tellerfeder durch axiale Ausdehnung die Verlängerung ausgleicht.
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Im Verstellbereich liegt entweder zwischen der Druckscheibe und dem Elastomer-Ringteil ein Freiraum, in den sich das Elastomer-Ringteil bei einer Lagerbelastung hinein verformt. Durch eine Verstellung der Druckscheibe in Richtung auf das Elastomer-Ringteil ist ein solcher Freiraum verkleinerbar, so dass dadurch die belastungsabhängige Verformung des Elastomer-Ringteils beschränkt und behindert ist. Eine solche Einschränkung der Elastomer-Materialverformung führt zu einer Vergrößerung der Federsteifigkeit insbesondere in einer axialen Richtung.
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Die Druckscheibe kann je nach den Bauteildimensionierungen auch im gesamten Verstellbereich oder zumindest in einem Teilbereich bereits direkt oder indirekt am Elastomer-Ringteil anliegen. In diesem Fall kann bei einer Verstellung der Druckscheibe in Richtung auf das Elastomer-Ringteil eine Vorspannung im Elastomer-Ringteil aufgebracht werden oder gegebenenfalls verstärkt werden, so dass auch dadurch die Federsteifigkeit erhöht werden kann.
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Damit ist mit einem sehr einfachen und kostengünstigen Lageraufbau die Möglichkeit geschaffen, die Federsteifigkeit des Elastomer-Metall-Lagers zu verändern und einfach an bestimmte Lagergegebenheiten in gewissen Grenzen anzupassen.
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Vorteilhaft können somit auch erfindungsgemäße einstellbare Elastomer-Metall-Lager, welche an unterschiedliche Einbaugegebenheiten angepasst werden können, in größerer Stückzahl vorgehalten werden, ohne dass für jeden speziellen Lagereinsatz solche Lager subjektiv dimensioniert und hergestellt werden müssen. Die Modifikation eines gattungsgemäßen Elastomer-Lagers zur Realisierung der Einstellbarkeit ist durch die Verwendung einer in seiner axialen Lage veränderbaren Druckscheibe in Verbindung mit wenigstens einer Tellerfeder einfach und kostengünstig durchführbar.
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Explizit wird darauf hingewiesen, dass im Begriff „Elastomer-Metall-Lager“ das Wort „Metall“ in fachüblicher Weise weit auszulegen ist, so dass neben starren, weitgehend unverformbaren Metallmaterialien auch vergleichbare andere Materialien, insbesondere unverformbare, starre Kunststoffmaterialien mit umfasst sein sollen. Unter dem Begriff „Elastomer“ wird fachüblich meistens vulkanisierbarer „Gummi“ verstanden, wobei jedoch auch Gummiersatzstoffe mit umfasst sein sollen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung wird dadurch erreicht, dass zwischen der Druckscheibe und dem Elastomer-Ringteil ein Elastomer-Zwischenring angeordnet ist, der vorzugsweise im gesamten Verstellbereich am Elastomer-Ringteil unter Spannung anliegt. Dabei kann die Druckscheibe zum Elastomer-Ringteil hin tellerförmig gewölbt sein, wobei der Elastomer-Zwischenring in dieser Wölbung an der Druckscheibe angehaftet, insbesondere als Gummi-Zwischenring anvulkanisiert sein kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegt zwischen der Druckscheibe mit dem angehafteten Elastomer-Zwischenring und dem Elastomer-Ringteil eine flexible Scheibe, vorzugsweise als verformbare Konturblechscheibe. Mittels dieser flexiblen Scheibe wird eine Druckkraft des Elastomer-Zwischenrings gleichmäßiger verteilt auf das Elastomer-Ringteil aufgebracht, wobei durch den Elastomer-Zwischenring ein unerwünschtes Ausbeulen der flexiblen Scheibe verringert wird.
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Zur Halterung der flexiblen Scheibe kann diese mit einem Bohrungsrand einer zentralen Bohrung zwischen der wenigstens einen Tellerfeder und dem Innenrohr eingeklemmt werden.
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Die Federkraft der wenigstens einen Tellerfeder, vorzugsweise mehrerer übereinanderliegender Tellerfedern, ist so groß zu dimensionieren, dass bei allen Lagerbelastungen, insbesondere bei einer Lageveränderung der Druckscheibe durch Aufschrauben der Spannschraube eine für eine sichere Funktion erforderliche Schraubenspannung der Spannschraube gewährleistet ist. Bei allen Lagerbelastungen soll die Tellerfeder oder sollen die Tellerfedern praktisch nur eine starre Verlängerung des Innenrohrs darstellen, ohne dass die Tellerfeder oder die Tellerfedern bei Lagerbelastungen einen Federweg ausführen.
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Die zur Druckscheibe hin gerichtete Fläche des Elastomer-Ringteils und damit die Anlagefläche für die flexible Scheibe kann für eine Vergleichmäßigung der Druckkräfte flach kegelförmig, gegebenenfalls mit einer umlaufenden Einbuchtung im Bereich des Elastomer-Zwischenrings ausgebildet sein.
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Mittels der Spannschraube kann vorteilhaft ein plattenförmiges Anschlussteil des ersten zu lagernden Bauteils über eine dort angebrachte Bohrung stirnseitig mit dem Innenrohr über die dazwischenliegende Druckplatte und über die wenigstens eine Tellerfeder verbindbar sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Elastomer-Ringteil ein Elastomer-Konusteil, das sich gegenüberliegend zur Druckschreibe konisch verjüngt. Das eingeformte Anschlussteil ist als stabiles Topfteil mit offenem Topfboden, durch den das Innenrohr ragt ausgebildet, wobei der Topfrand als vom Elastomer-Ringteil abragende, kragenförmige Anschlussplatte ausgeführt sein kann.
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Weiter kann im Bereich des Topfbodenrandes des offenen Topfbodens das Elastomer-Ringteil einen umlaufenden Elastomer-Wulst als Elastomer-Anschlag aufweisen, der im Herstellzustand das Innenrohr in der Axialrichtung überragt und der im eingebauten Lagerzustand unter Vorspannung und statischer Last gegenüber einer stirnseitig mit dem Innenrohr mit der Spannschraube verschraubten Anschlagplatte einen Anschlagfreiraum aufweist.
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Das Elastomer-Metall-Lager wird vorzugsweise mit vertikaler Achse und oben liegender Druckscheibe an der Lagerstelle eingebaut. Das erfindungsgemäße Lager ist beispielsweise zur Lagerung von Aggregaten, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug geeignet, kann jedoch auch zur Lösung anderer Lageraufgaben zum Beispiel als Fahrerhauslager oder Kabinenlager herangezogen werden.
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Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Herstellteil eines mechanisch verstellbaren Elastomer-Metall-Lagers,
- 2 eine Einbausituation des Elastomer-Metall-Lagers nach 1 in einem nicht vorgespannten Zustand,
- 3 die Einbausituation nach 2 im vorgespannten Zustand, und
- 4 die Einbausituation nach 3 im vorgespannter Zustand unter statischer Last.
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In 1 ist ein Herstellteil eines mechanisch verstellbaren Elastomer-Metall-Lagers 1 in der Art eines Konuslagers gezeigt, welches ein zentrales, stabiles starres Innenrohr 2 aus Metall aufweist. Wie aus der Einbausituation der 2 bis 4 ersichtlich, ist mit einer zentralen Spannschraube 3 durch das Innenrohr 2 ein erstes zu lagerndes Bauteil 4, hier beispielsweise ein Aufbauteil eines Fahrzeugs verbunden. Ein Elastomer-Ringteil 5 als tragendes Elastomerteil umschließt das Innenrohr 2 und ist konkret als Gummiringteil am Innenrohr 2 anvulkanisiert.
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In das Elastomer-Ringteil 5 ist ein Anschlussteil als stabiles Topfteil 6 eingeformt, welches einen offenen Topfboden 7 aufweist, durch den das Innenrohr 2 ragt und das mit einem Topfrand als radial vom Elastomer-Ringteil 5 abragende Anschlussplatte 8 ausgebildet ist. Wie aus der Einbausituation der 2 bis 4 ersichtlich ist, wird mit dieser Anschlussplatte 8 ein zweites zu lagerndes Bauteil 9, beispielsweise eine Motorstütze einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, verbunden.
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Das Elastomer-Metall-Lager 1 ist mit vertikaler Achse 10 eingebaut, wobei in einem oberen Stirnseitenbereich eine massive Druckscheibe 11 angeordnet ist mit einer zentralen Bohrung 15, durch die die Spannschraube 3 geführt ist.
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Das Elastomer-Ringteil 5 ist ein Elastomer-Konusteil, das sich gegenüberliegend zur Druckscheibe 11 konisch verjüngt. Im Bereich des Topfbodenrandes des offenen Topfbodens 7 weist das Elastomer-Ringteil 5 einen umlaufenden Elastomer-Wulst als Elastomer-Anschlag 12 auf, der im Herstellzustand entsprechend 1 das Innenrohr 2 in Axialrichtung überragt. In der in 4 dargestellten Einbausituation unter Vorspannung mittels der Druckscheibe 11 und unter statischer Last ist ein Anschlagfreiraum 13 zwischen dem Elastomer-Anschlag 12 und einer Anschlagplatte 14 gebildet, welche mit der Spannschraube 3 von unten her stirnseitig mit dem Innenrohr verschraubt ist.
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Zwischen der oberen Stirnseite des Innenrohrs 2 und der Druckscheibe 11 liegen der Reihe nach eine flexible Scheibe 19 als verformbare Konturblechscheibe mit einer zentralen Bohrung 18 und eine Tellerfeder 16 mit einer zentralen Öffnung 17. Die Tellerfeder 16 besteht hier aus vier übereinander liegenden, gegeneinander angestellten Federblechscheiben. Die Spannschraube 3 ist von oben her durch eine Bohrung des ersten zu lagernden Bauteils 4, durch die zentrale Bohrung 15 der Druckscheibe 11, durch die zentrale Öffnung 17 der Tellerfeder 16, durch die zentrale Bohrung 18 der flexiblen Scheibe 19, durch das Innenrohr 2 und durch eine Bohrung der Anschlagplatte 14 geführt, wobei sie sich mit einem Schraubenkopf 22 oben am ersten zu lagernden Bauteil 4 und mit einer Schraubmutter 23 unten an der Anschlagplatte 14 abstützt.
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Zwischen der Druckscheibe 11 und der flexiblen Scheibe 19 liegt ein an der Druckscheibe 11 angeordneter, zum Bespiel angehafteter Elastomer-Zwischenring 20. Die Druckscheibe 11 ist hier nach unten tellerförmig gewölbt, wobei der Elastomer-Zwischenring 20 in dieser Wölbung angeordnet ist und auf die flexible Scheibe 19 eine Druckkraft ausübt, so dass sie im Bereich des Elastomer-Zwischenrings 20 je nach deren Größe der Druckkraft eine mehr oder weniger große Verformung aufweist.
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Die zur Druckscheibe 11 bzw. zur flexiblen Scheibe 19 hin gerichtete Oberfläche des Elastomer-Ringteils 5 ist flach kegelförmig mit einer umlaufenden Einbuchtung 21 ausgebildet.
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Die Funktion des mechanisch verstellbaren Elastomer-Lagers 1 wird anhand der Einbausituationen der 2 bis 4 weiter erläutert:
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In 2 ist eine unvorgespannte Einbausituation dargestellt, bei der die Spannlänge der Spannschraube 3 relativ lang eingestellt ist, so dass ersichtlich über die Druckscheibe 11 mit dem angehafteten Elastomer-Zwischenring 20 und der nachfolgenden flexiblen Scheibe 19 keine oder nur eine relativ geringe Vorspannung auf das Elastomer-Ringteil 5 von oben her aufgebracht wird. Dennoch wird ersichtlich beim Ausfedern des Lagers nach oben eine freie Verformung des Elastomer-Ringteils 5 durch die bereits etwas gewölbte flexible Scheibe 19 behindert und damit die Federsteifigkeit nach oben gegebenenfalls mittels der Druckscheibe 11 reduziert.
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In der Einbausituation nach 3 ist der maximal vorgespannte Zustand gezeigt, bei der die Federblechscheiben der Tellerfeder 16 durch Anziehen der Schraubenmutter 23 und damit Verkürzung der Spannlänge auf Block gebracht sind. Dadurch ist der Elastomer-Zwischenring 20 unter Aufbringung einer Vorspannung über die zwischengeschaltete flexible Scheibe 19 auf das Elastomer-Ringteil 5 stark verformt, wodurch eine betriebsbedingte belastungsabhängige Verformung des Elastomer-Ringteils 5 stark behindert ist, so dass die Federkonstante insbesondere in vertikaler Richtung entsprechend erhöht ist. In Zwischenstellungen der Druckscheibe 11 zwischen den Einstellungen in 2 und 3 ist eine zugeordnete, dazwischenliegende Einstellung der Federkonstante möglich.
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Die endgültige Einbausituation mit der Einstellung nach 3 ist in Verbindung mit einer statischen Last in 4 dargestellt, wodurch das Elastomer-Ringteil 5 so verformt ist, dass der Elastomer-Anschlag 12 von der Anschlagplatte 14 mit einem dazwischenliegenden Anschlagfreiraum 13 abgehoben ist und zwischen der Anschlussplatte 8 und der flexiblen Scheibe 19 ein umlaufender Gummiwulst 24 ausgebildet ist, der zudem zur Vergrößerung der Federkonstante beiträgt.
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Bei dem mechanisch verstellbaren Elastomer-Lager 1 als Konuslager kann somit durch eine einfache Verstellung der Spannlänge der Spannschraube 3 die Federkonstante, insbesondere in vertikaler Richtung in einem Einstellbereich verändert und an vorliegende Lagergegebenheiten gegebenenfalls auch nach einem Einbau des Elastomer-Metall-Lagers 1 eingestellt und angepasst werden.
