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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Buchse gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Buchse gemäß Anspruch 8.
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Hydraulisch dämpfende Buchsen werden auch als Hydrobuchse oder Hydrolager bezeichnet und als Fahrwerkslager, wie beispielsweise als Hilfsrahmenlager oder Lenkerlager, in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um auftretende Schwingungen zu dämpfen und/oder zu tilgen. Radialdämpfende Hydrolager umfassen mindestens zwei beabstandete Fluidkammern, die durch Membranen und/oder Elastomerkörper voneinander getrennt und über einen Dämpfungskanal fluidleitend miteinander verbunden sind. Während einer Relativbewegung von einem Kern zu einem Außenrohr bzw. umgekehrt in radialer Richtung wird eine der beiden Fluidkammern zumindest bereichsweise komprimiert bzw. die andere zumindest bereichsweise vergrößert. Dadurch strömt das darin befindliche Fluid über den Dämpfungskanal von der einen Fluidkammer in die andere Fluidkammer. Hierdurch wird ein Dämpfungs- und/oder Tilgungseffekt erzielt.
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Hydraulische Buchsen können einen Käfig umfassen, welcher aus Kosten- und Gewichtsgründen aus Kunststoff hergestellt werden kann. Dabei kann der Käfig zwei endseitige ringförmige Segmente oder Endstücke umfassen, welche mittels wenigstens eines Steges verbunden sind. Die stirnseitigen Bereiche der Endstücke können als Flügel bezeichnet werden.
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Die Flügel des Käfigs werden dabei häufig durch mechanische Lasten in Radialrichtung nach außen gedrückt. Mechanische Lasten können beispielsweise durch Kraftübertragung der Buchse oder durch den inneren Fluiddruck entstehen. Besonders kritisch ist der Fall, in dem die Buchse bei hohen Temperaturen arbeitet. In diesem Fall führt die Temperatur zu einer Ausdehnung des Fluids und in Folge dessen zu einem Ausbauchen der Membranen, welche an den Flügeln festgelegt sein können. Kommen nun noch zusätzlich oder alternativ hohe dynamische Lasten hinzu, steigt der Innendruck in den Kammern weiter an. Gleichzeitig können hochdynamische Belastungen der Buchse bei internen Anschlagsystemen noch dazu führen, dass ein Teil dieser Kräfte die Flügel in Radialrichtung nach außen drückt. Besteht der Käfig aus einem Kunststoff, so nimmt dessen Steifigkeit und Festigkeit mit Erhöhung der Temperatur ab.
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Diese Kräfte werden von der Außenbuchse aufgenommen, welche bei der Herstellung der Buchse endseitig an den Käfig angelegt wird. Dadurch kann ein Formschluss generiert werden. Je nachdem, wie passgenau dieser Formschluss erzeugt wird, fällt die Höhe der Stützkräfte auf die Flügel des Käfigs aus.
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Alle beschriebenen Effekte können zum Verlassen des Käfigs aus der formschlüssigen Anlegung der Außenbuchse führen. Kunststoffkäfige geben bei dem Anlegen der Außenbuchse nach und könne sich in sich verbiegen. Insbesondere auch der Steg kann sich verbiegen. Dieses Verbiegen kann zu einem unvollkommenen Anlegen der Außenbuchse führen. Das wiederum kann zu externen oder internen Leckagen oder zum Bruch des Käfigs führen. Gerade Leckagen haben den Verlust der Funktion als hydraulisch gedämpfte Buchse zur Folge.
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Aus der
EP 2 522 878 B1 ist ein Hydrolager mit einem Kunststoffkäfig und einer Kunststoffaußenbuchse bekannt. Durch die Verwendung zweier geeigneter, miteinander mittels Laserdurchstrahlschweißen verbindbarer Kunststoffe für den Käfig und die Außenbuchse ist eine sichere Fixierung des Käfigs gegeben. Gegen Axialkräfte soll ein Festsitz gewährleistet werden. Die Werkstoffpaarung von Käfig und Außenbuchse sollte verschweißbar sein. Der Verbund eines Kunststoffkäfigs mit einer metallischen Außenbuchse ist über eine Verschweißung jedoch nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine hydraulische Buchse und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen, bei welchen die Außenbuchse leckagefrei und prozesssicher an den Käfig angelegt ist.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1, sowie in Anspruch 8 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7 und 9.
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Erfindungsgemäß wird eine hydraulische Buchse vorgeschlagen, umfassend eine Außenbuchse, einen Lagerkern und einen Elastomerkörper, der zwischen der Außenbuchse und dem Lagerkern angeordnet ist und wenigstens zwei mit einem Fluid gefüllte Kammern begrenzt, sowie einen Käfig, der in dem Elastomerkörper einvulkanisiert ist und zumindest ein ringförmiges Endstück mit einer Außenumfangsseite aufweist, wobei die Außenumfangsseite zumindest eines Endstücks zwei umfangsseitig verlaufende Abstützstellen umfasst, zwischen welchen sich ein Rücksprung ausbildet, welcher gegenüber einer gedachten Geraden zurückspringt, welche die beiden Abstützstellen als Tangente miteinander verbindet, wobei die beiden Abstützstellen von der Außenbuchse mit einer nach Radial innen wirkenden Vorspannung beaufschlagt sind.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Endstücks oder des Käfigringes mit zwei Abstützstellen legt sich die Außenbuchse, die aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein kann, beim durchmesserverringernden Umformen ihrer axialen Endbereiche, was ein Bördeln sein kann, definiert erst an der weiter innen liegenden Abstützstelle an. Der Käfig kann an zumindest einem seiner beiden Endstücke auch ausschließlich zwei Abstützstellen aufweisen, vorzugsweise weist der Käfig an seinen beiden Endstücken ausschließlich jeweils zwei Abstützstellen auf. Die beiden umfangsseitig verlaufenden Abstützstellen an einem Endstück sind axialbeabstandet zueinander. Die bei einem weiteren durchmesserverringernden Umformen der Außenbuchse induzierte Verformung des Käfigs ist im Folgenden innerhalb geringer Toleranzen beherrschbar und gut berechenbar. Die zweite, weiter außen liegende Abstützstelle kann nach weiterem durchmesserverringerndem Umformen der Außenbuchse definiert in Kontakt mit der Außenbuchse treten oder von dieser vorgespannt werden, so dass die Umformtoleranzkette, welche die finale Käfiggeometrie definiert, gering bleibt.
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Dies steht im Widerspruch zu bisherigen hydraulischen Buchsen und deren Herstellungsverfahren. Bislang wird der Käfig bei Bördeln der Außenbuchse als Biegebacke genutzt und ist daher aus einem Metall ausgeführt. Die Erfindung kehrt davon ab, denn der Käfig wird nunmehr nicht als Biegebacke genutzt. Der bei dem durchmesserverringernden Umformen entstehende Biegeradius der Außenbuchse kann sich im Umformprozess frei finden. Hierzu weist der Käfig die zwei Abstützstellen auf, die das Anschmiege- oder Anlegeverhalten des Käfigs an die Außenbuchse definieren. Dabei kann das Abstützen entweder unmittelbar durch direkten Kontakt zwischen der Außenbuchse und der entsprechenden Abstützstelle oder mittelbar erfolgen, beispielsweise vermittels einer dazwischen angeordneten Elastomerschicht.
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Radial innenseitig der Geraden als Tangente ist somit ein Raum ausgebildet, der frei von Material des Endstücks oder des Käfigs ist. Der Raum kann begrenzt werden von der Geraden als Tangente und der Oberfläche des Endstücks. Die Gerade als Tangente wird nicht von Auswölbungen oder Ausformungen des Endstücks nach Radial außen durchbrochen und/oder tangiert.
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Somit sind in überraschend einfacher Weise gleich drei Vorteile erreicht. Zum ersten kann dadurch eine Klemmung zwischen Außenbuchse und Käfig groß genug sein, um den beschriebenen Ausfallursachen entgegen zu wirken. Zum zweiten ist dadurch die Anpassung des Käfigs an die Kontur der Außenbuchse bei dem durchmesserverringernden Umformen derselben kontrollierbar. Zum dritten können Form- und Lageungenauigkeiten der Einzelteile der Buchse, sowie Prozessungenauigkeiten im Vulkanisierungsprozess durch die erfindungsgemäße Konstruktion aufgefangen oder ausgeglichen werden. Eventuelle Oberflächenunebenheiten des Käfigs oder seiner Endstücke, gegen welche sich die Außenbuchse anlegen kann und dadurch zur Leckage neigt, spielen somit keine Rolle mehr, da zwei definierte Abstützstellen geschaffen sind.
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Es ist denkbar, dass bei einer Ausgestaltung der hydraulischen Buchse der Käfig aus einem Kunststoff oder einem metallischen Gussmaterial besteht. Da der Käfig nun nicht mehr als Biegebacke dienen und den Kräften beim durchmesserverringernden Umformen nicht mehr in gleichem Maße entgegenwirken muss, kann er aus Kunstsoff und/oder konstruktiv filigraner als bislang ausgestaltet sein. Kunststoff ist leichter als üblicherweise verwendetes Metall und ebenso kostengünstiger. Daher bietet ein Kunststoffkäfig in dieser Hinsicht erhebliche Vorteile gegenüber Metallkäfigen. Vorzugsweise sind an beiden axialen Endbereichen jeweils zwei Abstützstellen vorgesehen, welche optional bezüglich einer Quermittelebene spiegelsymmetrisch ausgestaltet sein können.
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Es ist denkbar, dass bei einer Ausgestaltung der hydraulischen Buchse die Außendurchmesser der Abstützstellen eines Endstücks, vorzugsweise beider Endstücke, unterschiedlich sind. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser der axial inneren Abstützstelle größer als der Außendurchmesser der axial äußeren Abstützstelle. Dadurch kann in besonders einfacher Weise das Anlageverhalten und der Biegeradius der Außenbuchse bei der Herstellung beeinflusst werden. Denkbar ist, dass der Außendurchmesser einer Abstützstelle um das 1,01-fache bis 1,2-fache, vorzugsweise um das 1,05-fache bis 1,1-fache größer ist als der Außendurchmesser der jeweils anderen Abstützstelle des Endstücks. Dadurch kann eine Prägung erzieht werden, die den Käfig mittels Außenbuchse fest und sicher halten kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse können an dem zumindest einen Endstück ausschließlich die beiden Abstützstellen von der Außenbuchse vorgespannt sein und/oder in Kontakt mit der Außenbuchse sein. Alternativ oder zusätzlich können die Abstützstellen eines Endstücks von zwei Ausformungen oder zwei Auswölbungen oder einer Ausformung und einer Auswölbung gebildet sein. Eine Ausformung kann beispielsweise ein stirnseitiger Randbereich eines Endstücks sein, der sich ggf. nicht nach Radial außen erstreckt, eine Auswölbung kann beispielsweise ein sich nach Radial außen erstreckender Abschnitt des Endstücks sein. An dem zumindest einen Endstück kann die Außenbuchse daher ausschließlich an den zwei Abstützstellen anliegen oder diese vorspannen, was dazu führt, dass sie sich sicher und definiert anlegen kann. Bei drei oder mehr Abstützstellen des Endstücks ist ein solch vorteilhaftes Anlegeverhalten nicht mehr sicher gewährleistet. Bei lediglich einer Abstützstelle ist zu wenig Sicherheit gegeben. Das schließt jedoch nicht aus, dass sich die Außenbuchse zusätzlich an zumindest einer Elastomerauswölbung vorspannend anlegt, die von dem Endstück getragen werden kann.
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Es ist denkbar, dass bei einer Ausgestaltung der hydraulischen Buchse die Ausformungen und/oder Auswölbungen stoffeinheitlich und/oder einstückig mit dem Endstück und/oder dem Käfig ausgebildet sind. Dadurch kann der Käfig einstückig in einfacher Weise hergestellt werden, vorzugsweise mittels eines Gussverfahrens wie Spritzguss oder Druckguss.
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Es ist denkbar, dass bei einer Ausgestaltung der hydraulischen Buchse die Spitzen der Abstützstellen eine Axialdistanz voneinander im Bereich des 0,2-fachen bis 1,0-fachen, vorzugsweise im Bereich des 0,5-fachen bis 0,8-fachen der Axialerstreckung des entsprechenden Endstücks aufweisen. Eine derartige Axialdistanz der beiden Abstützstellen führt zu zwei deutlich auseinander liegenden Abstützstellen für die Außenbuchse und verhindert ein zufälliges Anliegend bei zu dicht benachbarten Abstützstellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse kann zumindest eine Abstützstelle, vorzugsweise können beide Abstützstellen, und/oder kann der Rücksprung Radial außen mit einem Überzugabschnitt des Elastomerkörpers überzogen sein. Der Überzugabschnitt kann auch ein zum Elastomerkörper separater weiterer Elastomerkörper sein. Dadurch stehen die beiden Abstützstellen zwar nicht mehr in unmittelbar berührendem Kontakt mit der Außenbuchse, jedoch stützen sie weiterhin die Außenbuchse. Der dazwischen vorsehbare Überzugabschnitt ändert aufgrund seiner hohen Elastizität im Vergleich zum Käfig den Zweck und die Funktionserfüllung der Abstützstellen nicht. Der Überzugabschnitt dient insbesondere der Dichtigkeit der Buchse und/oder dem Ausglich von Unebenheiten. In vorteilhafter Weise können so größere Toleranzbereiche für den Käfig, die Abstützstellen und/oder die Außenbuchse gewählt werden. Der Überzugabschnitt kann beispielsweise den Raum zwischen den Abstützstellen ausfüllen oder aussparen. In letzterem Fall kann ein Hohlraum ausgebildet werden, in welchen das inkompressible Elastomer bei Anordnung der Außenbuchse am Käfig und bei dem durchmesserverringernden Umformen ausweichen kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse kann der Überzugabschnitt zumindest eine umfangsseitig verlaufende Elastomerauswölbung umfassen. Die Elastomerauswölbung kann sich in Radialrichtung nach Radial außen erstrecken. Die Elastomerauswölbung kann in Längsrichtung zwischen den beiden Abstützstellen angeordnet sein. Eine derartige Elastomerauswölbung dient einer definierten Anpressstelle und einer größeren Überdeckung. Ein neues Käfigdesign ist dadurch möglich, welches ein Vielfaches an Überdeckung von Käfig und Außenbuchse realisierbar macht, ohne dass der Käfig sehr stark verformt wird. Dies kommt der Kalibrierate zugute.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse kann die Außenbuchse eine angebördelte und/oder angerollte Außenbuchse sein. Das durchmesserverringernde Umformen zumindest der axialen Endbereiche führt zur Klammerung des Käfigs. Insbesondere in Kombination mit unterschiedlichen Außendurchmessern zweier benachbarter Abstützstellen kann so ein flexiblerer Kunststoffkäfig aber auch ein spröder Gusskäfig sicher gehalten werden. Das durchmesserverringernde Umformen kann mittels eines Kalibrierungswerkzeugs erfolgen. Mittels des Kalibrierwerkzeugs werden zwei Funktionen erfüllt. Zum einen wird der Durchmesser der Außenbuchse zumindest in deren axialen Endbereichen verkleinert, was die Lebensdauer des Elastomers im Betrieb verlängert. Die Durchmesserverkleinerung kann beispielsweise mindestens 1 mm betragen. Zum anderen wird über eine Schräge des Kalibrierwerkzeugs eine Bördelung der Außenbuchse an der entsprechenden Stelle erreicht. Das Ziel ist ein Festsitz von Käfig und Außenbuchse und damit ein ausreichender Widerstand gegen eine Axialverschiebung von Käfig und Außenbuchse relativ zueinander.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse kann eine Radialdistanz zwischen der radial innen liegenden Stirnseite der Außenbuchse und einer der beiden Abstützstellen im Bereich von 0,5 mm bis 4,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 2,0 mm bis 3,0 mm liegen. Vorzugsweise liegt diese Radialdistanz zwischen der Radial innen liegenden Stirnseite der Außenbuchse und der axial inneren Abstützstelle vor. Definierbar ist diese Radialdistanz mit gleichen Maßen gleichsam zwischen der radial innen liegenden Stirnseite der Außenbuchse und einer Innenumfangsfläche an der Stelle des größten Innendurchmessers der Außenbuchse. Mittels der Erfindung ist eine erheblich verbesserte und größere Klammerung möglich. Die Durchmesserverringerung der axialen Endbereiche kann nämlich erheblich größer erfolgen, als dies bislang möglich war.
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Es ist denkbar, dass bei einer Ausgestaltung der hydraulischen Buchse die Außenbuchse im Zustand vor dem durchmesserverringernden Umformen einen Außendurchmesser zumindest eines axialen Endbereichs im Bereich vom 70 mm bis 85 mm und im Zustand nach dem durchmesserverringernden Umformen einen Außendurchmesser zumindest eines axialen Endbereichs im Bereich vom 63 mm bis 78 mm aufweist. Denkbar ist, dass der Außendurchmesser zumindest eines axialen Endbereichs nach dem durchmesserverringernden Umformen dem 0,8-fachen bis 0,95-fachen Außendurchmesser dieses axialen Endbereichs vor dem durchmesserverringernden Umformen entspricht, vorzugsweise dem 0,9-fachen. Mittels der Erfindung kann also der Außendurchmesser des axialen Endbereiches der Außenbuchse um 10 % und mehr durchmesserverringert werden, was zu einer starken Klemmung führt.
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Gemäß einer Weiterbildung der hydraulischen Buchse kann der Käfig zwei ringförmige Endstücke aufweisen, die in Längsrichtung beabstandet und über zumindest einen Steg verbunden sind, vorzugsweise über zwei Stege miteinander verbunden sind, die in Umfangsrichtung beabstandet sind, wobei der zumindest eine Steg vorzugsweise einen in Radialrichtung abragenden Radialsteg aufweist. Vorzugsweise weisen beide Stege jeweils einen Radialsteg auf. Der Radialsteg kann an der Innenumfangsfläche der Außenbuchse anliegen und eine abdichtende Trennung von über den Steg hinweg führenden, die Fluidkammern fluidleitend miteinander verbindenden Kanälen herstellen. Bei diesen Kanälen kann es sich um einzelne, links und rechts des Radialsteges verlaufende Kanäle handeln, es kann sich aber auch um einen einzigen Kanal handeln, der entlang seiner Erstreckung in Umfangsrichtung einmal links und einmal rechts des Radialsteges geführt wird. Auch ist es möglich, dass links und/oder rechts des Radialsteges mindestens ein die Fluidkammern trennendes Ventil angeordnet ist. Die Abdichtung außenumfangseitig auf dem Radialsteg kann für die gewünschte Funktionalität der Buchse von Bedeutung sein, da ungewollte Fluidleckageströme bei unzureichender Abdichtung zu einer Veränderung der Dämpfungs- oder Tilgungscharakteristik der Buchse führen können. Über das Anlegen der Außenbuchse an die Abstützstellen bei dem durchmesserverringernden Umformen des mindestens einen axialen Endbereichs kann in vorteilhafter Weise das Anlegen des zumindest einen Radialsteges an die Außenbuchse gesteuert werden. Dies ist möglich, da das Biegeverhalten des den Radialsteg tragenden Stegs beim durchmesserverringernden Umformen durch die Gestaltung der Abstützstellen beeinflusst werden kann. Je nachdem, welche der beiden Abstützstellen eines axialen Endbereichs stärker mit einer radial einwärts gerichteten Druckkraft beaufschlagt wird, verstellt sich der Steg und somit der Radialsteg in Radialrichtung. Wird beispielsweise die axial außen liegende Abstützstelle mit einer größeren Radialkraft versehen als die axial innen liegende Abstützstelle, führt dies zu einer nach radial außen gerichteten Verbiegung des Stegs. Dadurch kann der Radialsteg als die kanal- und/oder kammertrennende Dichtung stärker belastet werden. Wird beispielsweise die axial innen liegende Abstützstelle mit einer größeren Radialkraft versehen als die axial außen liegende Abstützstelle, führt dies zu einer nach radial innen gerichteten Verbiegung des Stegs. Dadurch kann der Radialsteg als die kammertrennende Dichtung weniger stark belastet werden. Mittels dieser Konstruktion kann eine innere Leckage zwischen Abschnitten des Dämpfungskanals oder zwischen den Fluidkammern verhindert und zugleich das Anlegen des Radialstegs an die Außenbuchse gesteuert werden. Der Radialsteg kann mittelbar über eine elastomere Zwischenschicht an einer Innenumfangsfläche der Außenbuchse anliegen, um die sichere und leckagefreie Abdichtung zu realisieren, denn die elastomere Zwischenschicht verbessert eine Dichtigkeit zur fluidischen Trennung. Die elastomere Zwischenschicht kann einstückig mit dem einen Elastomerkörper ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zur Herstellung einer Buchse vorgeschlagen, vorzugsweise einer offenbarungsgemäßen hydraulischen Buchse, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen einer ersten Baugruppe, umfassend: einen Lagerkern, einen Elastomerkörper, der zumindest abschnittsweise umfangsseitig zu dem Lagerkern angeordnet ist und einen Käfig, der in dem Elastomerkörper einvulkanisiert ist und zumindest ein ringförmiges Endstück mit einer Außenumfangsseite aufweist, wobei die Außenumfangsseite zumindest eines Endstücks zwei umfangsseitig verlaufende Abstützstellen umfasst, zwischen welchen sich ein Rücksprung ausbildet, welcher gegenüber einer gedachten Geraden zurückspringt, welche die beiden Abstützstellen als Tangente miteinander verbindet, wobei die beiden Abstützstellen von der Außenbuchse mit einer nach radial innen wirkenden Vorspannung beaufschlagbar sind;
- - Bereitstellen einer zweiten Baugruppe, umfassend: eine Außenbuchse;
- - Axiales Verstellen von der ersten Baugruppe und der zweiten Baugruppe relativ zueinander derart, dass die Außenbuchse umfangsseitig zu der ersten Baugruppe angeordnet ist;
- - Durchmesserverringerndes Umformen zumindest desjenigen axialen Endbereichs der Außenbuchse, welcher das zumindest eine ringförmige Endstück umgibt.
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Mittels eines derartigen Verfahrens kann in einfacher und kostengünstiger Weise eine hochfunktionale Buchse geschaffen werden. Die bereits oben bezüglich der Buchse beschriebenen Vorteile ergeben sich analog auch für das Verfahren, worauf hiermit verwiesen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann das durchmesserverringernde Umformen in dieser Reihenfolge umfassen:
- - Kraftbeaufschlagen der axial inneren Abstützstelle in Radialrichtung derart, dass sich der zumindest eine Radialsteg von der Innenumfangsfläche der Außenbuchse entfernt,
- - Kraftbeaufschlagen der axial äußeren Abstützstelle in Radialrichtung derart, dass sich der zumindest eine Radialsteg unmittelbar oder mittelbar an die Innenumfangsfläche der Außenbuchse anlegt.
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Dadurch können Fluidkammern sicher und dicht voneinander getrennt und zugleich ein Käfig nicht im Übermaß kraftbeaufschlagt werden. Vorzugsweise können beide axial inneren Abstützstellen zugleich kraftbeaufschlagt werden. Gleiches gilt alternativ oder zusätzlich für die axial äußeren Abstützstellen. Das Anlegen des Radialstegs kann über die Kraftbeaufschlagung in einfacher Weise gesteuert werden. Die bereits oben bezüglich der Buchse beschriebenen Vorteile ergeben sich analog auch für das Verfahren, worauf hiermit verwiesen wird.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Käfigs,
- 2 eine perspektivische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Buchse,
- 3 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Buchse weiterer Ausführung,
- 4 eine um 90° versetzte Längsschnittansicht der Buchse nach 3,
- 5a-5e unterschiedliche Prozessstadien eines durchmesserverringernden Umformens bei einer erfindungsgemäßen Buchse,
- 6a-6e unterschiedliche Prozessstadien eines durchmesserverringernden Umformens bei einer Buchse mit lediglich einer Abstützstelle,
- 7 eine Detailansicht der Buchse nach 4,
- 8 eine Detailansicht einer Buchse weiterer Ausführung und
- 9 eine Detailansicht der Buchse nach 2.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Bereits beschriebene Merkmale werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben und sind auf alle Elemente mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen anwendbar, sofern nicht explizit ausgeschlossen. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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1 zeigt in Alleinstellung einen Käfig 14 einer Buchse 2 aus einem Kunststoffmaterial. Der Käfig 14 ist von einer Zentrallängsachse Z in Längsrichtung L durchsetzt und umfasst zwei ringförmige Endstücke 16, welche jeweils eine Außenumfangsseite 20 aufweisen und die in Längsrichtung L beabstandet sind. Die beiden Endstücke 16 sind mittels zweier Stege 18 miteinander verbunden sind, wobei sich die Stege 18 bezüglich der Zentrallängsachse Z gegenüberliegen bzw. um 180° bezüglich der Zentrallängsachse Z in Umfangsrichtung U beabstandet sind. Beide Stege 18 weisen jeweils einen Radialsteg 34 auf, welcher sich ausgehend von dem Steg 18 nach radial außen erstreckt. An jedem seiner beiden Endstücke 16 weist der Käfig 14 zwei umfangsseitig verlaufende Abstützstellen auf. Die Abstützstellen des in 1 gezeigten Käfigs 14 sind als Auswölbungen 22, 24 ausgebildet. Die Abstützstellen sind in Längsrichtung L benachbart zueinander und weisen daher eine Axialdistanz auf. Somit ist auch eine axial äußere Abstützstelle bzw. Auswölbung 22 und eine axial innere Abstützstelle bzw. Auswölbung 24 an jedem axialen Endbereich des Käfigs 14 ausgebildet. Der Käfig 14 ist mit den Endstücken 16, den Stegen 18, den Radialstegen 34 und den Abstützstellen stoffeinheitliche und einstückig hergestellt. Zwischen den beiden Abstützstellen ist ein Rücksprung 26 ausgebildet, der in 2 im Kontext einer hergestellten Buchse 2 gezeigt ist.
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2 zeigt, dass die Buchse 2 des Weiteren eine Außenbuchse 4, einen hohlen Lagerkern 6, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, und einen Elastomerkörper 8 umfasst. Der Elastomerkörper 8 ist zwischen der Außenbuchse 4 und dem Lagerkern 6 angeordnet und begrenzt zwei mit einem Fluid gefüllte Kammern 10, 12. In den Elastomerkörper 8 ist der Käfig 14 ein- oder anvulkanisiert. Die Abstützstellen des in 2 gezeigten Käfigs 14 sind als axial äußere Ausformungen 23 und als axial innere Auswölbungen 24 ausgebildet.
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Die 3 und 4 zeigen zwei Schnittansichten einer selben Buchse 2, wobei der Schnitt der 3 durch die Stege 18 verläuft und der Schnitt der 4 um 90° bezüglich der Zentrallängsachse Z versetzt ist. Die Radialstege 34 drücken gegen die Innenumfangsfläche 36 der Außenbuchse 4, um die zwei Kammern 10, 12, zwei Ventile 40, zwei Abschnitte des selben Kanals, welcher sowohl links als auch rechts des Radialsteges 34 verläuft, etwa da er mehrfach um die Buchse mit nicht dargestellten Kanalschaleneinlegern herum geführt wird oder einen Kanal 38 und ein Ventil 40 fluidisch voneinander zu trennen. Die beiden Endbereiche 16 sind bezüglich einer Quermittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei der in 1 gezeigte Käfig 14 in den 3 und 4 abgebildet ist. Der Ausschnitt AV in 3 ist in den 5a bis 5e als Detailansicht gezeigt und der Ausschnitt A VII in 4 ist in 7 als Detailansicht abgebildet.
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Die 5a bis 6e zeigen anhand von Grafiken einer FE-Simulation unterschiedliche Umformungszustände einer Außenbuchse 4, 4' und unterschiedliche Verformungszustände eines Käfigs 14, 14'. Der in den 5a bis 6e gezeigte Ausschnitt entspricht dem Ausschnitt AV nach 3. In der Figurenserie 5 ist von der erfindungsgemäßen Buchse 2 der Käfig 14 mit Steg 18 gezeigt, umfassend zwei Abstützstellen (Auswölbungen 22, 24) an den jeweiligen Endstücken 16, wohingegen zum Vergleich die Figurenserie 6 eine Buchse 2' mit einem Käfig 14' abbildet, dessen Endbereiche jeweils lediglich eine einzige Abstützstelle (Ausformung 23') für die Außenbuchse 4' aufweisen. Zudem zeigen die 5a bis 6e eine Außenbuchse 4, 4' und ein Werkzeug 42 mit Schrägen 44. Das Werkzeug 42 kann ein Kalibrierungswerkzeugs sein. Die Figurenserie 6 dient lediglich des Vergleichs mit der Erfindung und ist selbst nicht von der Erfindung erfasst. Elastomere Elemente sind in den 5a bis 6e aus Gründen der verbesserten Anschaulichkeit ausgeblendet.
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In 5a und 6a ist ein Zustand vor dem durchmesserverringernden Umformen gezeigt. Die in diesem Zustand zylindrische Außenbuchse 4, 4' weist endseitig jeweils einen Ausgangsdurchmesser auf. Sie ist nach einem axialen Verstellen relativ zu dem Käfig 14, 14' umfangsseitig dazu angeordnet. Vorzugsweise sind die Außenbuchse 4, 4' und der Käfig 14, 14' oder dessen erste Baugruppe in Längsrichtung L zentriert. Das Werkzeug 42 reduziert die endseitigen Durchmesser der Außenbuchse 4, 4' durch Umformen.
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In 5b und 6b ist erkennbar, dass das Werkzeug 42 mit seinen Schrägen 44 die Außenbuchse 4, 4' bzw. deren endseitige Kanten in Richtung Zentrallängsachse Z drückt. Dadurch stützt sich in 5b die Außenbuchse 4 gegen die axial inneren Auswölbungen 24 ab, welche einen größeren Außendurchmesser als die axial äußeren Auswölbungen 22 aufweisen. Dadurch stützt sich in 6b die Außenbuchse 4' gegen die einzige Ausformung 23' ab. Es ist im Verlauf der 5b und 5c bzw. 6b und 6c erkennbar, dass der Steg 18, 18' durch diese Kraftbeaufschlagung in Radialrichtung R nach innen verbogen wird, visualisiert durch die Biegelinie B1, B1'. Diese Verbiegung führt auch dazu, dass sich der Radialsteg 34, 34' in Radialrichtung R von der Außenbuchse 4, 4' entfernt. Zwischen der Außenbuchse 4, 4' und dem distalen Ende des Radialstegs 34, 34' ist nun ein Abstand ausgebildet. So kann der Radialsteg 34, 34' nicht dichtend an einer Innenumfangsfläche 36, 36' der Außenbuchse 4, 4' anliegen.
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In 5d ist die Außenbuchse 4 endseitig derart umgeformt, dass sich ihre Innenumfangsfläche 36 nun zudem gegen die axial äußeren Auswölbungen 22 abstützt. In 6d stützt sich die Innenumfangsfläche 36' nun gegen eine größere Oberfläche der Endstücke des Käfigs 14' ab, wobei sich prinzipiell die Abstützstelle nicht ändert - es bleibt weiterhin bei einer einzigen Abstützstelle. Bei der erfindungsgemäßen Buchse 2 werden nun durch weiteres Durchmesserverringern die axial außen liegenden Abstützstellen 22 mit einer größeren Radialkraft versehen als die axial innen liegenden Abstützstellen 24. Das führt zu einer nach radial außen gerichtete Verbiegung des Stegs 18, verdeutlicht durch die Biegelinie B2. Diese Verbiegung gemäß B2 ist erst möglich durch eine zweite Abstützstelle, welche einen Rücksprung 26 mit der anderen Abstützstelle einschließt. Eine Verbiegung des Stegs 18' gemäß der Biegelinie B2 ist dem Käfig 14' daher gar nicht möglich.
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In 5e ist gezeigt, dass sich bei weiterem Durchmesserverringern der Radialsteg 34 der Außenbuchse 4 annähert und sich schlussendlich definiert und dichtend an deren Innenumfangsfläche 36 anlegt. Die beiden Abstützstellen werden von der Außenbuchse 4 mit einer nach Radial innen wirkenden Vorspannung beaufschlagt. 6e zeigt, dass dies mangels zweiter Abstützstelle gar nicht möglich ist und zwischen Außenbuchse 4' und Radialsteg 34' ein Abstand verbleibt, der zu einer inneren Undichtigkeit führt. Das FE-Ergebnis zeigt in 6e das Abheben des Käfigs 14' von der Außenbuchse 4' im Bereich der gewünschten Kammertrennung. Die Folge ist Dämpfungsverlust im hydraulisch dämpfenden System.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Käfigs 14 mit den zwei Abstützstellen je Endstück 16 legt sich die Außenbuchse 4 beim Umformen oder Bördeln definiert erst an der weiter innen liegenden Abstützstelle an. Die beim weiteren Umformen der Außenbuchse 4 induzierte Verformung des Käfigs 14 ist im Folgenden innerhalb geringer Toleranzen beherrschbar und gut berechenbar. Die zweite, weiter außen liegende Abstützstelle tritt nach weiterem Umformen oder Bördeln der Außenbuchse 4 sehr definiert in Kontakt, so dass die Umformtoleranzkette, welche die finale Käfiggeometrie definiert, gering bleibt.
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Die 7 bis 9 zeigen unterschiedlich ausgestaltete Endstücke 16 des Käfigs 14 im Montagezustand nach durchmesserverringernder Umformung. Es ist erkennbar, dass die beiden Abstützstellen bzw. deren distale Punkte oder Spitzen mittels einer Geraden G als Tangente miteinander verbindbar sind. Der Rücksprung 26 springt nun bezüglich dieser geraden G zurück und ist in Längsrichtung L von den beiden Abstützstellen begrenzt.
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In 7 sind die Abstützstellen als die Auswölbungen 22 und 24 ausgebildet und radial außen mit einem Überzugabschnitt 28 des Elastomerkörpers 8 überzogen. Dies vermindert nicht die vorteilhafte Funktionalität der beiden Abstützstellen, sondern führt vielmehr zu einer dichten Buchse 2. Das Endstück 16 ist längsschnittlich keilförmig ausgebildet. Der Rücksprung 26 ist elastomergefüllt, jedoch hat eine Radial einwärts gerichtete Kraftbeaufschlagung dieser Elastomerausfüllung keinen negativen Einfluss auf das vorteilhafte Biegeverhalten des Stegs 18. Der Überzugabschnitt 28 umfasst zwei Elastomerauswölbungen 30, 32, die sich nach Radial außen erstrecken und mit der Außenbuchse 4 eine Überdeckung erzeugen. Die Auswölbungen 22 und 24 sind nun mittelbar über den Überzugabschnitt 28 von der Außenbuchse 4 kraftbeaufschlagt.
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Die Erfindung ermöglicht eine verhältnismäßig große endseitige Umformung der Außenbuchse 4, was zu einem Festsitz von Käfig 14 und Außenbuchse 4 und damit zu einem ausreichenden Widerstand gegen eine Axialverschiebung von Käfig 14 und Außenbuchse 4 führt. Eine Radialdistanz D ist zwischen der Radial innen liegenden Stirnseite der Außenbuchse 4 und der Innenumfangsfläche 36 der Außenbuchse 4 an der Stelle des Größten Innendurchmessers definierbar. Mittels der Erfindung kann also der Außendurchmesser des axialen Endbereiches der Außenbuchse 4 um 10 % und mehr durchmesserverringert werden, was zu einer starken Klemmung führt und beispielsweise durch die Radialdistanz D ausgedrückt werden kann.
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In 8 sind ebenfalls zwei Auswölbungen 22 und 24 als die Abstützstellen dargestellt, jedoch sind diese radial außen lediglich von einem dünnen Überzugabschnitt 28 überdeckt. Das Endstück 16 ist längsschnittlich C-förmig ausgebildet. Die beiden Abstützstellen bzw. deren radiale distale Punkte oder Spitzen sind in Längsrichtung L um eine Axialdistanz A1 voneinander beabstandet. Diese Punkte oder Spitzen werden kraftbeaufschlagt. Das entsprechende Endstück 16 weist in Längsrichtung L eine Axialerstreckung A2 auf, wobei die Axialerstreckung A2 die Länge des Endstücks 16 in Längsrichtung L ist.
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In 9, die einen Ausschnitt der 2 zeigt, ist die axial äußere Abstützstelle als Ausformung 23 ausgebildet und die axial innere Abstützstelle als die Auswölbung 24 dargestellt. Das Endstück 16 ist längsschnittlich L-förmig ausgebildet.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von den in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Buchse
- 2'
- Buchse
- 4
- Außenbuchse
- 4'
- Außenbuchse
- 6
- Lagerkern
- 8
- Elastomerkörper
- 10
- Kammer
- 12
- Kammer
- 14
- Käfig
- 14'
- Käfig
- 16
- Endstück
- 18
- Steg
- 18'
- Steg
- 20
- Außenumfangsseite
- 22
- Auswölbung
- 23
- Ausformung
- 23'
- Ausformung
- 24
- Auswölbung
- 26
- Rücksprung
- 28
- Überzugabschnitt
- 30
- Elastomerauswölbung
- 32
- Elastomerauswölbung
- 34
- Radialsteg
- 34'
- Radialsteg
- 36
- Innenumfangsfläche
- 36'
- Innenumfangsfläche
- 38
- Kanal
- 40
- Ventil
- 42
- Werkzeug
- 44
- Schräge
- A1
- Axialdistanz
- A2
- Axialerstreckung
- AV
- Ausschnitt V
- AVII
- Ausschnitt VII
- B1
- Biegelinie
- B1'
- Biegelinie
- B2
- Biegelinie
- D
- Radialdistanz
- G
- Gerade
- L
- Längsrichtung
- R
- Radialrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- Z
- Zentrallängsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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