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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung
für ein
buchsenförmiges
Gummi-Metall-Lager,
das einen geschlossenen Innenring aus Metall aufweist, auf dem eine
Gummischicht aufgebracht ist.
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Sie betrifft darüber hinaus auch eine Befestigungsanordnung
für ein
buchsenförmiges
Gummi-Metall-Lager, das einen geschlossenen Außenring aus Metall aufweist,
in dem eine Gummischicht angebracht ist.
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Derartige Gummi-Metall-Lager dienen
vielfältigen
Zwecken. So ist ein Gummi-Metall-Lager
aus der
DE 35 32 681
C2 bekannt, das als Stützlager
für Federbeine
dient. Die Funktion des Gummi-Metall-Lagers ist dabei auf eine Dämpfungswirkung
beschränkt.
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In der
DE 100 29 881 A1 ist ein
Gabelstapler offenbart, dessen frontseitige Antriebsachse elastisch
an einem Fahrzeugrahmen gelagert ist. Diese Lagerung übernimmt
neben der Dämpfungsfunktion auch
die Funktion einer Neigelagerung eines starr an der Antriebsachse
befestigten Hubgerüstes.
Die beiden für
die Aufhängung
der Antriebsachse verwendeten Lager bestehen jeweils aus mehreren
gummielastischen Dämpfungselementen,
die in Umfangsrichtung der Antriebsachse verteilt angeordnet und formschlüssig gegen
Verdrehung und axiale Verschiebung gesichert sind. Beim Verdrehen
der Antriebsachse findet die Lagerbewegung ausschließlich in
Gummi statt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er aus der
DE 35 32 681 C2 bekannt
ist, handelt es sich hier also nicht um Lager, die einen geschlossenen
Innenring aus Metall aufweisen.
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Soll ein gattungsgemäßes Gummi-Metall-Lager
auch die Funktion eines Gelenklagers übernehmen, so ist es neben
der fest haftenden Verbindung zwischen der Gummischicht und dem
Innenring bzw. Außenring
(in der Regel durch Aufvulkanisieren erzielt) unabdingbar, dass
der Innenring bzw. Außenring
des Gummi-Metall-Lagers verdrehfest mit dem damit in Kontakt stehenden
Bauteil (z. B. einer Achse) verbunden ist.
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Zur Befestigung des Innenrings bzw.
Außenrings
eines gattungsgemäßen Gummi-Metall-Lagers kommen
die gebräuchlichen
Welle-Nabe-Verbindungen in Frage, die form- und/oder kraftschlüssig ausgebildet
sein können.
Formschlüssige
Verbindungen (Passfedern, Verzahnungen, etc.) sind generell für wechselnde
Belastungen eher ungünstig
und darüber
hinaus aufwendig in der Herstellung. Aus diesem Grund wird man bei
diesen Einsatzbedingungen kraftschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen
bevorzugen.
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Bei kraftschlüssigen Verbindungen wird durch
sorgfältige
Abstimmung der Toleranzen der am Kraftschluss beteilten Bauteile
eine sogenannte Presspassung erzielt, bei der durch elastische Verformung
des Innenrings bzw. Außenrings
die erforderlichen Kräfte
aufgebracht werden. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck sehr
enge Fertigungsmaße
einzuhalten sind, um sicherzustellen, dass die kraftschlüssige Verbindung
ausreichend gegen Verdrehung gesichert ist und die Verdrehbewegung
in der Gummischicht stattfindet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zu Grunde, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der mit geringem Herstellungsaufwand eine funktionssichere kraftschlüssige Verbindung
zu dem Gummi-Metall-Lager erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Innenring des Gummi-Metall-Lagers
zur kraftschlüssigen
Befestigung auf einem Zylinderkörper
im montierten Zustand in radialer Richtung zumindest auf einem Teil
seiner Axialerstreckung plastisch verformt ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende
Aufgabe wird – auch
in Kombination mit den Merkmalen der bereits genannten Lösung – darüber hinaus
dadurch gelöst,
dass der Außenring
des Gummi-Metall-Lagers zur kraftschlüssigen Befestigung in einem
Hohlzylinderkörper
im montierten Zustand in radialer Richtung zumindest auf einem Teil
seiner Axialerstreckung plastisch verformt ist.
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Der erfindungswesentliche Gedanke
besteht demnach darin, bewusst eine plastische Verformung des Innenrings
bzw. Außenrings
bei der Montage des Gummi-Metall-Lagers
herbeizuführen,
um unter allen Umständen
einen maximalen Kraftschluss zu erzielen. Gegenüber den ausschließlich im
elastischen Verformungsbereich durchgeführten kraftschlüssigen Verbindungen,
wie sie im Stand der Technik für Welle-Nabe-Verbindungen üblich sind,
wird bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung
der Innenring bzw. der Außenring
bei der Montage des Gummi-Metall-Lagers
so weit verformt, dass zunächst
ein Fließen
des Metalls infolge Überschreitens
der Streckgrenze eintritt. Nach Beendigung der Fließbewegung
sitzt der Innenring bzw. Außenring unter
größtmöglicher
Vorspannung fest. Es wird also nicht nur der elastische Verformungsbereich
des Metalls ausgenutzt, sondern zusätzlich ein Teil des plastischen
Verformungsbereichs.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist
sicher und kostengünstig.
Eine Kraftübertragung
ist in alle Raumrichtungen möglich.
Die Verbindung eignet sich ausgezeichnet für wechselnde Drehmomente und
Drehmomentrichtungen und wechselnde Kräfte in allen Richtungen. Die
erfindungsgemäße Art der
Befestigung des Gummi-Metall-Lagers
lässt darüber hinaus
relativ große
Toleranzen zwischen den Bauteilen zu, was deren Herstellung vereinfacht.
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Was die kraftschlüssige Befestigung des Innenrings
des Gummi-Metall-Lagers auf dem Zylinderkörper angeht, so wird gemäß einer
günstigen Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, dass der Zylinderkörper im Bereich der Axialerstreckung
des Innenrings eine radiale Trennfuge aufweist und aus zwei benachbarten
Zylinderelementen besteht, die axial zusammenfügbar sind und von denen mindestens
ein Zylinderelement zur Trennfuge hin kegelförmig mit abnehmendem Außendurchmesser
ausgebildet ist, wobei der Innenring des Gummi-Metall-Lagers in
radialer Richtung durch das Zusammenfügen der Zylinderelemente zumindest
auf einem Teil seiner Axialerstreckung plastisch verformbar ist.
Dadurch lassen sich sehr leicht die zum plastischen Verformen erforderlichen
Kräfte
aufbringen.
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In Bezug auf die kraftschlüssige Befestigung des
Außenrings
im Hohlzylinderkörper
ist es in analoger Weise günstig,
wenn der Hohlzylinderkörper
im Bereich der Axialerstreckung des Außenrings eine radiale Trennfuge
aufweist und aus zwei benachbarten Hohlzylinderelementen besteht,
die axial zusammenfügbar
sind und von denen mindestens ein Hohlzylinderelement zur Trennfuge
hin kegelförmig
mit zunehmendem Innendurchmesser ausgebildet ist, wobei der Außenring
des Gummi-Metall-Lagers in radialer Richtung durch das Zusammenfügen der
Hohlzylinderelemente zumindest auf einem Teil seiner Axialerstreckung
plastisch verformbar ist.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinderkörper als frontseitig angeordnete
Achse eines Gabelstaplers ausgebildet, die mittels zweier Gummi-Metall-Lager an
einem Fahrzeugrahmen gelagert ist, wobei ein neigbares Hubgerüst an der
Achse befestigt und gemeinsam mit der Achse um deren Mittelachse
drehbar ist.
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Bei einer derartigen Anordnung übernimmt die
schwingungsdämpfende
Aufhängung
der Achse zusätzlich
die Funktion einer Neigelagerung des Hubgerüsts. Hierbei findet eine Verdrehbewegung
in der Gummischicht der Gummi-Metall-Lager statt. An Stelle der
bisher aus dem Stand der Technik bekannten und fertigungstechnisch
aufwendigen Lagerung mit formschlüssiger Fixierung werden nunmehr
die relativ einfach aufgebauten, gattungsgemäßen Gummi-Metall-Lager verwendet.
Hierbei wird durch die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung mit
plastischer Verformung des Innenrings gewährleistet, dass der Innenring
unter allen Umständen
seine kraftschlüssige
Verbindung mit der Achse beibehält.
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Zweckmäßigerweise sind als Zylinderelemente
der Achse jeweils ein Radmotor und ein Achsmittelstück vorgesehen.
Die Gummi-Metall-Lager werden dann jeweils Im Bereich der Trennfuge
dieser Komponenten angeordnet. Gesondert herzustellende Trennfugen
sind also nicht erforderlich.
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Es erweist sich als Vorteil, wenn
die Achse gegossen ist. Hierbei kann auf eine mechanische (spanabhebende)
Bearbeitung der als Sitz der Gummi-Metall-Lager vorgesehenen Abschnitte
der Achse verzichtet werden. Die beim Gießen erzielbaren Toleranzen
sind für
die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung
ausreichend.
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Die genannten Vorteile ergeben sich
auch dann, wenn die verwendeten Achsteile geschmiedet sind.
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Auch die Herstellung des Innenrings
bzw. des Außenrings
kann vereinfacht werden. So ist es beispielsweise möglich, gerollte
und geschweißte Ringe
zu verwenden bzw.
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Ringe aus Halbzeug-Rohren, wobei
dann ebenfalls die spanabhebende Bearbeitung entfällt.
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Selbstverständlich liegt es noch im Rahmen der
Erfindung, wenn an Stelle von exakt kreisförmigen Geometrien des Innenrings
und/oder des Außenrings
und/oder des Zylinderkörpers
und/oder des Hohlzylinderkörpers
Geometrien zum Einsatz kommen, die an die Kreisform angelehnt sind,
z. B. Vieleckgeometrien. Hierbei wird ebenfalls vom Prinzip der
erfindungsgemäßen Befestigunganordnung
Gebrauch gemacht.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
Schnitt durch eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung
und
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2 einen
Schnitt durch ein Gummi-Metall-Lager im plastisch verformten Zustand.
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Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Befestigungsanordnung
dient der Befestigung von buchsenförmigen Gummi-Metall-Lagern auf
einer frontseitigen Achse eines Gabelstaplers. Die Achse, die als
Antriebsachse ausgebildet sein kann, soll zwecks Neigen eines daran
befestigten Hubgerüstes
um eine Mittelachse M drehbar sein, beispielsweise um einen Betrag
von jeweils 10 Grad nach beiden Drehrichtungen.
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Das Gummi-Metall-Lager verfügt über einen metallischen
Innenring 1 und einen metallischen Außenring 2, zwischen
denen eine Gummischicht 3 angeordnet ist, die bevorzugt
durch Vulkanisieren mit den genannten Metallringen verbunden ist.
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Die Achse ist als Zylinderkörper ausgebildet und
besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus
rohrförmigen
Zylinderelementen, von denen in 1 zwei
Zylinderelemente 4, 5 dargestellt sind, die im
Bereich des Gummi-Metall-Lagers stirnseitig aneinanderstoßen, wodurch
an dieser Stelle eine Trennfuge T vorhanden ist. Das in der Figur
rechte Zylinderelement 5 kann als Gehäusekomponente eines Radmotors
gebildet sein, während
das in der Figur linke Zylinderelement beispielsweise das Achsmittelstück der Achse
bildet.
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Die Zylinderelemente 4, 5 sind
jeweils zur Trennfuge T hin kegelförmig mit abnehmendem Außendurchmesser
ausgebildet. Das in 1 rechte Zylinderelement 5 ist
darüber
hinaus mit einem angeformten Axialanschlag 5a (Montageanschlag)
versehen. Die kegelförmigen
Abschnitte sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Bezug auf
die Trennfuge T nicht symmetrisch ausgebildet. Der kegelförmige Abschnitt
des Zylinderelements 4 verfügt über einen Kegelwinkel α, der sich
vom Kegelwinkel β des
Zylinderelements 5 unterscheiden kann. Die Kegellängen sind
abhängig
von den zu erwartenden Fertigungstoleranzen zu wählen.
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Der Innenring 1 des Gummi-Metall-Lagers hat
im Zustand vor der Montage einen Nenndurchmesser d, der einem Nenndurchmesser
D der Achse entspricht. Bei rein zylindrischer Ausbildung der Zylinderelemente 4, 5 würde dies
in der Praxis bedeuten, dass fertigungstechnisch eine Toleranz einzuhalten
wäre, bei
der eine sogenannte Presspassung den Kraftschluss zwischen dem Innenring 1 und
der Achse sicherstellen müsste.
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Bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung
wird statt dessen das Gummi-Metall-Lager zwecks
Montage zunächst
axial zwischen den noch getrennten Zylinderelementen 4 und 5 angeordnet, was
dadurch möglich
ist, dass die kegelförmigen
Abschnitte stirnseitig jeweils einen Durchmesser aufweisen, der
kleiner ist als die Nenndurchmesser D, d von Achse und Innenring 1.
Sodann werden die Zylinderelemente 4, 5 zusammengefügt und dabei
stirnseitig aufeinander zu bewegt (Pfeile F) bis sie aneinander
anschlagen.
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Aufgrund der geschilderten geometrischen Verhältnisse
des Innenrings 1 und der Achse wird der Innenring 1 in
radialer Richtung plastisch verformt, nämlich aufgeweitet. Hierbei
stützt
sich der Innenring 1 an dem Axialanschlag 5a des
Zylinderelements 5 ab, um eine definierte Axialposition
des Gummi-Metall-Lagers zu erzielen. Der Verformungsvorgang ist beendet,
wenn sich die Zylinderelemente 4, 5 stirnseitig
berühren.
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2 zeigt
das Gummi-Metall-Lager ohne Achse und verdeutlicht den Unterschied
zwischen dem vor der Montage noch unverformten Innenring 1u (strichpunktiert
dargestellt) und dem nach der Montage plastisch verformten Innenring 1.
Je nach den auftretenden Toleranzen und der Gestaltung der kegelförmigen Abschnitte
ist der Innenring 1, beginnend mit den Rändern, mehr
oder weniger stark aufgeweitet. Hierbei ergeben sich zwei plastisch
verformte Bereiche A und B. Axial dazwischen befindet sich ein Bereich
C ohne Verformung.
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Der Kraftschluss zwischen dem Innenring 1 und
der Achse findet in den plastisch verformten Bereichen A und B und
den Übergangsbereichen
mit elastischer Verformung des Innenrings 1 statt (Pfeile K
in 1). Durch die erfindungsgemäße Art der
Befestigung wird eine kraftschlüssige
Verbindung mit größtmöglicher
Haftung erzielt. Es versteht sich, dass die plastische Verformbarkeit
des Metalls nur zu einem Teil ausgenutzt und hierbei ein ausreichender Sicherheitsabstand
zur Bruchgrenze des Metalls eingehalten wird.
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In analoger, jedoch in den Figuren
nicht dargestellter Weise, lässt
sich die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung
auch für
den Außenring 2 des
Gummi-Metall-Lagers anwenden, der in einem Hohlzylinderkörper 6 fixiert
ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung
besteht darin, dass keine aufwendigen Presswerkzeuge erforderlich
sind. Dies ist besonders dann wichtig, wenn das Gummi-Metall-Lager
aus Verschleissgründen
getauscht werden muss. Durch Demontage des Zylinderelements 5 (Gehäusekomponente
eines Radmotors) kann dass verschlissene Gummi-Metall-Lager im eingebauten Zustand
der Achse (Zylinderelement 4) leicht entfernt werden. Das
neue Gummi-Metall-Lagers wird durch das erneute Zusammenfügen der
beiden Zylinderelemente 4, 5 befestigt.