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Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Lageranordnung mit einem solchen Elastomerlager.
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Elastomerlager der in Rede stehenden Bauart werden fachterminologisch auch Gummilager und Gummi-Metall-Lager genannt. Solche Elastomerlager dienen der Anbindung von Fahrwerkskomponenten an der Karosserie, insbesondere in einer Radaufhängung und werden dort z. B. als sogenannte Hilfsrahmenlager eingesetzt, um einen Hilfsrahmen an der Karosserie zu lagern.
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Die Elastomerlager werden zur Verbesserung des Fahrkomforts in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um störende Schwingungen im Fahrwerk und deren Übertragung auf die Fahrzeugkarosserie zu dämpfen. Durch das Entkoppeln der Schwingungen der Motor- und Fahrwerkseinheit von der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbessert sich auch das akustische Verhalten.
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Elastomerlager besitzen gewöhnlich eine Innenhülse und eine Außenhülse zwischen denen ein Elastomerkörper eingegliedert ist. Innerhalb des Elastomerkörpers können verstärkende Metallelemente vorgesehen sein. Die Innenhülse besteht üblicherweise aus Metall, die Außenhülse wird aus Metall oder Kunststoff ausgeführt.
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Elastomerlager werden in die dafür vorgesehenen Lageraufnahmen an Lenkern oder anderen Fahrzeugbauteilen eingepresst. Dabei soll einerseits das Einpressen selbst mit möglichst geringem Aufwand erfolgen und andererseits sollen die Auspresskräfte einen vorgesehenen Wert nicht unterschreiten. Hierfür eignen sich kraft- und formschlüssige Verbindungen, für die das Elastomerlager und die Lageraufnahme aber äußerst präzise hergestellt sein müssen.
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In der
DE 10 2009 034 337 A1 ist ein formschlüssiger Verbund aus einem Elastomerlager und einer dessen kreiszylindrische Außenschale umgebenden Hülse offenbart.
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Durch die
DE 10 2009 051 159 A1 zählt eine Lageranordnung zum Stand der Technik mit einer Lagerbuchse und einem Gummi-Metall-Lager, welches mit Übermaßpassung in die Lagerbuchse einpressbar ist.
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Es ist auch bekannt, dass Elastomerlager an ihrer Außenhülse mit einer gummierten Schicht versehen werden und mit Hilfe eines Gleitmittels in die Lageraufnahme eingeführt werden. Das Gleitmittel diffundiert in die Gummischicht, wodurch die Auspresskraft erhöht wird. Nachteilig sind hier der Mehraufwand und die Ruhezeit für das Einziehen des Gleitmittels. Diese gummierte Schicht bzw. elastomere Außenschicht ist üblicherweise aufgespritzt und/oder in einem Vulkanisationsprozess erzeugt und hat eine Dicke von 0,5 bis 1 mm oder sogar mehr.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerlager aufzuzeigen, welches leichter in eine Lageraufnahme einführbar ist und welches eine den Anforderungen entsprechend hohe Auspresskraft aufweist sowie eine funktional verbesserte Lageranordnung anzugeben.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Elastomerlager gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Elastomerlagers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Anspruch 8 und die von diesem abhängigen Ansprüche, sind auf eine Lageranordnung mit einem erfindungsgemäßen Elastomerlager gerichtet.
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Das Elastomerlager weist eine Innenhülse, eine Außenhülse und einen Elastomerkörper auf. Der Elastomerkörper ist zwischen Außenhülse und Innenhülse angeordnet, wobei der Elastomerkörper die Innenhülse umgibt und mit der Innenhülse drehfest verbunden ist und wobei die Außenhülse den Elastomerkörper umgibt und mit dem Elastomerkörper drehfest verbunden ist. Auf die Außenhülse ist eine elastomere Außenschicht aufgebracht, also eine Außenschicht aus einem Elastomerwerkstoff bzw. eine auf Basis eines Elastomerwerkstoffs gebildete Außenschicht.
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Erfindungsgemäß ist auf die Außenhülse eine elastomere Außenschicht appliziert, die eine Dicke von kleiner oder gleich (≤) 0,5 mm, bevorzugt von kleiner oder gleich (≤) 0,2 mm, besonders bevorzugt von kleiner oder gleich (≤) als 0,1 mm, aufweist.
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Die elastomere Außenschicht ist auf die äußere Umfangsfläche bzw. Mantelfläche der Außenhülse aufgebracht. Die elastomere Außenschicht besteht auf Basis eines Elastomers. Elastomere können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen und gehen danach in ihre ursprüngliche Gestalt zurück. In der Technik werden diese Elastomere auch als Gummi bezeichnet, wobei es sich um die Vulkanisate von Natur- und Synthesekautschuken handelt. Durch Vulkanisation entstehen elastische und relativ strapazierfähige (Weich-)Gummis, die Elastomere.
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Die dünne elastomere Außenschicht erhöht die Auspresskraft in einer Lageranordnung durch zwei Effekte. Zum einen werden durch den elastischen Werkstoff fertigungsbedingte Spalte und Unebenheiten zwischen der Außenhülse und einer Lageraufnahme ausgeglichen. Das führt zu einer größeren Kontaktfläche zwischen Elastomerlager und Lageraufnahme. Zudem ist der Reibungskoeffizient zwischen einem Elastomer und der üblicherweise metallischen Lageraufnahme höher als zwischen einer unbeschichteten Außenhülse und der Lageraufnahme. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Auspresskraft.
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Der Zuwachs der Auspresskraft, wenn eine Stahloberfläche mit einem Elastomer bzw. Gummi beschichtet ist, liegt zwischen einem Faktor 1,5 bis 3 im Vergleich zu Stahl-Stahl. Der Gleitreibungskoeffizient bei der Werkstoffpaarung Stahl-Gummi bzw. Elastomer beträgt 0,5 +/- 0,1.
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Als Grundlage der elastomeren Außenschicht kann beispielsweise ein Haftvermittler auf Basis eines Elastomers dienen, wie er bekanntermaßen zur Verbindung von unvollständig oder komplett ausvulkanisierten Elastomerelementen mit einem Metallelement verwendet wird. Der Haftvermittler besteht aus unvernetzten Monomeren in einem Lösungsmittel, die unter Wärmezufuhr vernetzen. Dabei entsteht ein elastischer Stoff. Alternativ kann auch ein an sich bekanntes Flüssigelastomer zum Einsatz kommen.
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Die elastomere Außenschicht bzw. die die Außenschicht bildenden Materialien können problemlos in streichbarer oder pastöser Form auf die Außenhülse aufgebracht werden. Auch ein Aufrollen oder Aufsprühen ist möglich. Des Weiteren kann der die elastomere Außenschicht bildende Elastomerwerkstoff auch durch ein Tauchverfahren auf die Außenhülse aufgebracht sein. Zumindest kann der Auftragsvorgang einen Tauchverfahrensschritt beinhalten.
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Ihre technisch notwendige Ausprägung erhält die elastomere Außenschicht durch Verfestigung, die chemisch durch eine zweite Komponente oder auf dem Weg der Vulkanisation durch Wärmezufuhr erfolgen kann. Die Vulkanisation erfolgt durch Wärmezufuhr, beispielsweise in einem Ofen, durch induktive Wärmeerzeugung oder durch Strahlungswärme, insbesondere bei einer Vulkanisationstemperatur von ca. 160 C°.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die elastomere Außenschicht mehrschichtig aufgebaut ist. Es werden folglich mehrere Schichten eines Elastomers übereinander konzentrisch aufgebracht. Vorteilhaft hierbei ist auch, dass die Dicke der elastomeren Außenschicht auf diese Weise eingestellt werden kann.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Außenschicht aus zumindest zwei voneinander verschiedenen Werkstoffen gebildet ist. Insbesondere ist die Außenschicht durch zwei voneinander verschiedene Elastomerwerkstoffe ausgebildet. Die die Außenschicht bildenden Schichten bzw. Lagen können auch in ihren mechanischen Eigenschaften verschieden eingestellt sein. Insbesondere können die Lagen eine voneinander verschiedene Streckspannung, Zugfestigkeit, Reißdehnung, Zug-E-Modul, Zug-Kriechmodul, Biegefestigkeit, Kugeldruckhärte, Rockwell- und Shore-Härte, Schlagzähigkeit, Gleitkoeffizient und/oder Gleitverschleiß aufweisen.
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Um zu verhindern, dass die dünne elastomere Außenschicht beim Einpressen eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers beschädigt wird, kann ein Gleitmittel zum Einsatz kommen. Dieses wird entsprechend gering dosiert und gegebenenfalls auch nur lokal aufgetragen. Auf diese Weise kann eine unvorteilhaft lange Trocknungszeit vermieden werden.
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Die als Träger für die Elastomerschicht fungierende Außenhülse kann aus Metall bestehen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Außenhülse aus Kunststoff besteht. Die vorteilhaften Eigenschaften der Außenschicht aus einem Elastomerwerkstoff wirken sich bei einer Außenhülse aus Kunststoff besonders vorteilhaft aus. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt insbesondere bei Elastomerlagern mit einer Außenhülse aus Kunststoff zu einer deutlichen Erhöhung der Auspresskraft.
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Die Außenschicht kann auf die Außenhülse aufvulkanisiert sein.
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Die Außenschicht kann auch durch Auftrag eines elastomeren Haftvermittlers ausgebildet sein bzw. aus einem elastomeren Haftvermittler bestehen. Der elastomere Haftvermittler ist auf Basis von Elastomerwerkstoffen gebildet.
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Des Weiteren kann die Außenschicht durch ein Flüssigelastomer gebildet sein.
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Die elastomere Außenschicht kann auch nach der Vulkanisation des Grundkörpers des Elastomerlagers appliziert werden. Das bedeutet, dass zunächst die Innenhülse, die Außenhülse und der dazwischen angeordnete Elastomerkörper vulkanisiert werden. Anschließend wird der Werkstoff der Außenschicht aufgetragen und vulkanisiert. Eine solche Nachvulkanisation kann ebenfalls in einem Ofen durchgeführt werden.
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Um die Auspresskräfte zusätzlich zu erhöhen, kann die Vulkanisation des unvernetzten Materials der Außenschicht im bereits verbauten Zustand in der Lageraufnahme erfolgen. Dadurch entsteht eine Verstärkung der Bindung zwischen der Außenhülse und der Lageraufnahme. Die Erfindung betrifft folglich auch eine Lageranordnung mit einem in einer Lageraufnahme aufgenommenen Elastomerlager, wobei auf die äußere Mantelfläche der Außenhülse eine Außenschicht aus einem Elastomerwerkstoff aufgebracht ist. Insbesondere wird die Vulkanisation der Außenschicht nach der Montage des Elastomerlagers in die Lageraufnahme durchgeführt. Hierbei wird in die Schnittstelle zur Lageraufnahme Wärme eingeleitet. Auf diese Weise wird eine Nachvulkanisation bzw. Post-Vulkanisation des Elastomerlagers mit der Lageraufnahme bewirkt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung ergänzend erläutert. Es zeigen:
- 1 technisch vereinfacht und schematisiert einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elastomerlager.
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Die 1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Elastomerlagers 1 in einer Querschnittsdarstellung.
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Das Elastomerlager 1 umfasst eine Innenhülse 2, eine Außenhülse 3 sowie einen zwischen Innenhülse 2 und Außenhülse 3 angeordneten Elastomerkörper 4. Auf die Außenhülse 3 ist eine elastomere Außenschicht 5 aufgetragen.
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Die Innenhülse 2 besteht aus Metall. Die Außenhülse 3 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen.
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Die elastomere Außenschicht 5 besteht aus einem Werkstoff auf Basis eines Elastomers. Die Außenschicht 5 umschließt die äußere Umfangsfläche bzw. Mantelfläche der Außenhülse 3 vollständig. Die Außenschicht 5 weist eine Schichtdicke D auf, die kleiner oder gleich (≤) 0,5 mm bemessen ist. Insbesondere ist die Schichtdicke D kleiner oder gleich (≤) 0,2 mm und besonders bevorzugt ist die Schichtdicke D kleiner oder gleich (≤) 0,1 mm bemessen.
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Durch die dünne elastische und dämpfende Außenschicht 5 aus Elastomer werden in der Praxis existierende Spalte im Kontaktbereich zwischen der äußeren Umfangsfläche des Elastomerlagers 1 und einer Lageraufnahme aus- bzw. aufgefüllt und somit die Kontaktfläche erhöht. Gleichzeitig bewirkt die Werkstoffpaarung eine deutliche Erhöhung der Reibung zwischen den Bauteilen.
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Die elastomere Außenschicht 5 ist vorzugsweise auf die Außenhülse 3 aufvulkanisiert. Eine Vulkanisation der Außenschicht 5 kann vor oder nach der Montage des Elastomerlagers 1 in eine Lageraufnahme erfolgen. Durch eine Post-Vulkanisation des Elastomerlagers 1, bei der das Elastomerlager 1 in einer Lageraufnahme einer Lageranordnung montiert ist, erfolgt eine vulkanisationstechnische Fügung zwischen dem Elastomerlager 1 bzw. dessen Außenhülse 3 und der Lageraufnahme über die Außenschicht 5. Hierdurch wird eine stoffschlüssige Verbindung der Schnittstellenkomponenten bewirkt. Die miteinander gefügten Bauteile haften aneinander. Die Auspresskraft wird dadurch deutlich erhöht.
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Die Außenschicht 5 kann aus einer homogenen Elastomerschicht gebildet sein. Die Außenschicht 5 kann auch mehrschichtig aufgebaut sein, also aus mindestens zwei Schichten aus Elastomerwerkstoffen bzw. auf Basis von Elastomerwerkstoff gebildeten Schichten bestehen.
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Eine Lageranordnung mit einem erfindungsgemäßen Elastomerlager 1 führt zu einer funktionalen Verbesserung der Lageranordnung, sowohl was die Herstellung als auch die Betriebstauglichkeit anbelangt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Elastomerlager
- 2 -
- Innenhülse
- 3 -
- Außenhülse
- 4 -
- Elastomerkörper
- 5 -
- Außenschicht
- D -
- Schichtdicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009034337 A1 [0006]
- DE 102009051159 A1 [0007]
