DE2140124C2 - Elastische Lagerbüchse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Lagerbuchse nach dem überbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer elastischen Lagerbüchse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs, wie sie aus der GB 3 64 310 bekannt ist, sind beiderseits der Stirnenden des Einsatzes metallene Ringe angeordnet, die auf der Innenhülse festgelegt sind und gegenüber der Außenhülse einen Abstand haben, so daß sie erst bei einem gewissen Verformungsgrad des Einsatzes wirksam werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung von metallenen Ringen zum Schutz des Elastomer-Einsatzes vor Überlastungen dazu führt, daß beispielsweise bei Fahrzeugaufhängungen von Lastkraftwagen auftretende Stöße nach Überschreiten des möglichen Verformungsweges des Einsatzes sehr hart übertragen werden und auf die Dauer zu Verformungen der Metallringe und der Hülsen der Lagerbüchse führen können.

Aus der GB 7 80 233 ist eine elastische Lagerbüchse bekannt, bei der zwischen der Innenhülse und der kürzeren Außenhülse ein Einsatz aus Gummi angeordnet ist, welcher an beiden Enden durch auf der Innenhülse sitzende Ringe flankiert ist, die ebenfalls aus Gummi bestehen und etwa die gleiche Stärke aufweisen wie der Einsatz, so daß sie, soweit sie von der Außenhülse überlappt werden, ebenfalls an dieser anliegen. Die beiderseits des Einsatzes vorgesehenen Gummiringe vermeiden zwar harte Übergänge bei der Übertragung von Stoßen, wie sie bei der Verwendung von Metallringen auftreten, vermögen aber andererseits den Einsatz nur in geringem Maße vor Überlaslungen zu schützen, so daß die nutzbare Lebensdauer nicht wesentlich erhöht wird.

Aus der DE8 59 841 ist eine Lagerbuchse bekannt, bei der zwischen den beiden Hülsen ein elastischer Einsatz angeordnet ist, der an seinen Enden verjüngt ist und von der Außenhülse nicht übergriffen ^vird. Da diese Lagerbuchse keinen Schutz gegen Überlastung aufweist, ist ihre Einsatzdauer beschränkt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln und ohne wesentliche Änderungen der Formgebung und der Abmessungen die nutzbare Lebensdauer vergrößert und damit z. B. die bei Lastkraftwagen erforderlichen

ίο Austauschintervalle wesentlich verlängert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst

Die erfindungsgemäße Lagerbüchse besitzt einen großen Anwendungsbereich und läßt sich grundsätzlich in allen Fällen einsetzen, in denen zwei Teile einer Vorrichtung miteinander verbunden werden sollen, jedoch schwingungsmäßig voneinander zu isolieren sind, wie bei Kraftfahrzeugen im Auge von Blattfedern, bei Motor- und Getriebeaufhängungen, bei der Lenkung und bei der Aufhängung von Lastkraftwagen.

Insbesondere bei der Aufhängung von Lastkraftwagen-Tandemachsen hat sich gezeigt, daß an den Lagerbüchsen starke kegelförmige Verlagerungen auftreten, wodurch ein Fluchtungsfehler zwischen der Innenhülse und der Außenhülse der Lagerbüchse entsteht. Derartige konische Bewegungen können zu starken Abnützungen des Einsatzes und zu einem vorzeitiger· Ausfall der Lagerbüchse führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lastwagentandemachse mit einer Übersicht über die wichtigsten Bauteile,

F i g. 2 eine Ansicht einer Ausgleichsschwinge der Achsanordnung nach Fig. I,

F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Lagerbüchse nach Fig. 3,

F i g. 5 eine Ansicht des Endes der Lagerbuchse nach Fig.4in Vergrößerung.

Fig. 1 zeigt eine Tandemachsanordnung mit zwei Achsen 2,4, an denen zwei Sätze Zwillingsreifen 6a, 6b und 8a, 86auf Felgen 7 und 9 angebracht sind. Die Achse 2 ist an zwei Trägern 10a, 10£> befestigt, von denen jeweils zwei Arme 12a, 12b nach unten abzweigen. Der Träger 10a ist über die Lagerbuchse 16a mit einem Ende der Ausgleichsschwinge 18a verbunden, und in entsprechender Weise steht der Träger iOb über die Lagerbuchse 16£> mit der Ausgleichsschwinge 18b in

so Verbindung. Die beiden Lagerbüchsen 16a, 166 sind an ihren jeweiligen Trägern mit Stiften, Schrauben oder auf andere Weise angebracht. Die Achse 4 ist mit dem anderen Ende der beiden Ausgleichsschwingen 18a, 186 in gleicher Weise verbunden. In ihrer Mitte sind die beiden Schwingen 18a, iSb durch ein Querrohr 20 verbunden, das zur Aufrechterhaltung der Fluchtung der Tandemachsanordnung dient. Zwei Auflager 22a, 22b sind an den Ausgleichsschwingen 18a und iSb angeordnet und tragen auf ihrer Oberseite einen Lastwagenaufbau. Zwischen Auflager und Aufbau werden üblicherweise (nicht gezeichnete) Federungsorgane angeordnet.

Die F i g. 2 und 3 zeigen die Anbringung der Ausgleichsschwinge 18a an dem Auflager 22a in einer Weise, die die Ausgleichsschwinge 18a eine Schwenkbewegung ausführen läßt, wenn jede der Achsen 2, 4 über eine Welle oder ein Hindernis auf der Straße läuft. Die Ausgleichsschwinge 18a¹ dient dazu, die Lastverteilung

des Lastwagens zwischen den beiden Achsen 2, 4 zu vergleichmäßigen, wodurch die Amplitude von Stößen und Sprüngen, die beim Überfahren von Unebenheiten auftreten, so klein wie möglich gehalten werden kann. Bei dieser Aufhängungsart ist die Vertikalbewegung des Auflagers 22a und die daraus abzuleitende Bewegung des daran angebrachten Lastwagen? ufbaus gleich der Hälfte der Vertikalbewegung eines Satzes Zwillingsräder, die ein Hindernis überschreiten. Eine elastische Lagerbüchse 16a wird mit Preßsitz oder auf son:tige to geeignete Weise in das Auge an jeder der beiden Ausgleichsschwingen 18a, 6 gebracht.

Das Auflager 22a ist mit der Schwinge 18a über eine elastische Lagerbüchse 30 verbunden. Die Einzelheiten der Anordnung sind in Fig. 3 dargestellt. Die Lagerbüchse 30 weist eine als bezeichnete Innenhülse 32 auf, sowie eine Außenhülse 34, die voneinander durch einen elastomeren Einsatz 36 gelrennt sind. Die Innenhülse 32 ist zwischen den beiden Armen 24a, 246 des Auflagers durch Schellen 26a, 266 aufgenommen, die mit Muttern 27a, 276 gehalten werden, die auf Zapfen 28a, 286 geschraubt sind. Das Querrohr 20 führt in die Schwingenmittenhülse 32 hinein und stößt an einen Stopfen 38 oder ein anderes passendes Verschlußteil, das in die Innenhülse 32 geschweißt oder anderweitig unverrückbar mit ihr verbunden ist. Die Außenhülse 34 wird mit Preßsitz oder auf andere Weise in einem Kreisring in der Mitte der Ausgleichsschwinge 18a gehalten. Eine Schwenkbewegung der Ausgleichsschwinge 18a gegenüber dem Auflager 22a führt zu Torsionsverformungen des Einsatzes 36 in der Lagerbüchse.

F i g. 4 zeigt Einzelheiten der Lagerung. Zwischen der Innenhülse 32 und der Außenhülse 34 sitzt der in radialer Richtung zusammengedrückte ringförmige Einsatz 36. Der Einsatz 36 besteht allgemein aus einem Gummimaterial, das so aufgebaut ist. daß gute Rückfederung, Härte, sowie Beständigkeit gegen Schmutz, Benzin u. dgl. gegeben sind. Wenn der Gummi zu steif oder zu hart ist, können Torsionsbelaslungcn der Lagerbüchse 30 den Gummi zum Gleiten an einer der beiden Hülsen 32, 34 veranlassen, oder sie können das Schluckvermögen der beiden Achsen 2, 4 für Wellen und Buckel der Straße herabsetzen. Eine Härte von etwa 72 bis 78 A-Durometergraden hat sich besonders geeignet erwiesen. Der Einsatz 36 wird im allgemeinen durch Formpressen hergestellt; er wird dann unter Verwendung eines geeigneten Vulkanisiermittels bei erhöhter Temperatur vulkanisiert. Die Stärke des geformten ringförmigen Einsatzes 36 beträgt etwa das Anderthalb- bis Zweifache des Abstands zwischen den beiden Hülsen 32,34, während der Einsatz 36 etwa halb so lang ist wie die Außenhülse 34. Zum Zusammenbau der Lagerbüchse 30 wird der Einsatz 36 in radialer Richtung zusammengedrückt, wodurch er sich in Längsrichtung dehnt und mindestens 70% bis 90% des Ringraums zwischen der Innen- und der Außenhülse 32, 34 ausfüllt.

Ein harter, abriebfester Ring 40 über jedes Ende der Innenhülse 32 gestreift, um den verbliebenden Raum zwischen den Hülsen 32, 34 auszufüllen. Der Einsatz 36 wird vorzugsweise axial zentriert gegenüber der Außenhülse 34, wodurch dann die beiden Ringe 40 gleiche Größe erhalten. Der Außendurchmesser jedes Ringes 40 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse 34, wodurch sich ein Spiel ergibt, das eine statische Radialverlagerung der beiden Hülsen 32, 34 erlaubt, ohne daß einer der Ringe 40 zusammengedrückt wird. Das Spiel soll weder zu gering noch zu groß sein und sollte üblicherweise weniger als 0,25 mm betragen, wenn die Lagerbüchse 30 in radialer Richtung statisch belastet ist.

Die in größerem Maßstab wiedergegebene Endansicht nach F i g. 5 zeigt einen der abriebfesten Ringe 40 radial neben einem Ende der Außenhülse 34 liegend und die Innenhülse 32 fest umschließend. Zwischen dem Ring und der Außenhülse ergibt sich ein Zwischenraum 42, der groß ist, damit die Außenhülse 34 sich gegen die Innenhülse 32 neigen kann, wie es im Umriß angedeutet ist, wenn eine statische radiale Belastung ausgeübt wird. Wie erwähnt, wird durch diese Neigung der Einsatz 36 zusammengedrückt und ausgebaucht Normalerweise berührt jedoch die Außenhülse 34 dabei den Ring 40 nicht.

Beispiel

Eine Lagerbüchse, die in der Mitte einer Ausgleichsschwinge 18 bei einer Tandemachse verwendet wird, besteht aus einer rohrförmigen Innenhülse 32 mit einer Länge von 255 inm und einem Außendurchmesser von 69,9 mm, die umgeben ist von einer Außenhülse 34 mit einem Innendurchmesser von 85,7 mm und einer Länge von 177,8 mm. Wenn die beiden Hülsen 32, 34 konzentrisch angeordnet sind, beträgt der Radialabstand zwischen ihnen etwa 7,9 mm. Es wurden mehrere Einsätze 36 mit eine.n Gummiansatz aus 100 Teilen Naturgummi mit 67 Teilen Ruß und geeigneten Weichmachern, Ozonschutzmitteln und einem Schwefelvulkanisationsansatz hergestellt. Die Einsätze 36 wurden als Formpreßlinge hergestellt und anschließend in einem Warmluftofen bei einer Temperatur von etwa 149°C 20 bis 22 Minuten lang vulkanisiert. Die Härte der fertigen Einsätze 36 betrug etwa 75° Shore-A-Durometer-Härte, und die Einsätze wiesen die folgenden ungefähren Abmessungen auf:

Innendurchmesser — 62,0 mm
Außendurchmesser— 93,5 mm
axiale Länge — 71.1mm

Die Lagerbüchsen 30 wurden folgendermaßen montiert: Der Einsatz 36 wurde in die Außenhülse 34 hineingeschoben, und beide wurden dann unter Verwendung eines kegelförmigen Doms über Innenhülse 32 gestoßen oder gedrückt. Zum Zusammenbau der Teile wurde ein geeignetes Öl als Schmiermittel benutzt. Der außerordentlich hohe Druck in radialer Richtung führte zu einer Längung des Einsatzes 36 um etwa 100% und verhinderte ein Gleiten zwischen dem Einsatz 36 und den Hülsen 32,34. Zwischen Gummi und Hülsen 32, 34 wurde kein chemisches Klebemittel verwendet. Dann wurde über jedes Ende der Innenhülse 32 ein Urethanring 40 geschoben. Diese Ringe 40 wurden aus einem flüssigen Polymergemisch von 1,4-Oxybutylenglykol und Toluoldiisocyanat mit etwa 3,65% verfügbarem Isocyanat hergestellt (DuPont-Handelsname ADIPRE-NE L-167). Das Polymer wurde mit 20 Teilen MOCA gehärtet, einem aromatischen Diamin aus 4,4'-Methylen-di(2-chloranilin). Dieser Härter führt zu schneller Härtung bei gleichzeitiger erheblicher Kettenbildung und Vernetzung, so daß sich ein zähes Polymer mit einer Hä^rte von ungefähr 95 (Shore A)-Härtegraden ergibt. Ein Satz Ringe 40 wurde 15 Minuten lang in einer Form bei 100⁰C gehärtet, worauf eine dreistündige Nachhärtung bei 100⁰C folgte. Ein zweiter Satz Ringe wurde 30 Minuten lang in der Form bei 100⁰C (212° F)

gehärtet, worauf die gleiche Nachhärtung erfolgt, und ein dritter Satz (Probe C) wurde 30 Minuten lang in der Form gehärtet und dann mindestens 14 Tage lang bei Zimmertemperatur nachgehärtet. Sämtliche Ringe waren 19,05 mm breit und hatten einen Innendurchmesser, der um etwa 0,4 mm kleiner war als der Außendurchmesser der Innenhülse. Nach dem Aufsetzen auf die Lagerbuchse 30 hatten die Ringe 40 einen Abstand zwischen etwa 0,25 und 0,50 mm von der Außenhülse 34. Wegen der starken Kompression, Längung und Härte des Einsatzes 36, wies die Lagerbüchse 30 einen außerordentlich hohen radialen statischen Federkennwert auf und verschob sich um nur etwa 0,25 mm unter einer Belastung von etwa 4,5 t. Der Spalt zwischen dem Ring 40 und der Außenhülse 34 war demnach, offen und verhinderte eine Berührung unter Druck zwischen der Außenhülse 34 und dem Ring 40 bei statischer Belastung.

Die drei Lagerbüchsen 30 wurden in eine Testmaschine eingesetzt, die mit einer Schwinge ausgerüstet war, die ebenso aussah wie die in F i g. 2 gezeichnete Ausgleichsschwinge 18. Die Enden der Schwinge wurden in axialer Richtung hin und her bewegt, um die Lagerbüchse 30 einer starken konischen Belastung unter einem Moment von etwa 19 30OmN. Die drei Lagerbüchsen 30 liefen zwischen 31 und 48 Stunden ohne Zerstörung des Gummis. Sie wurden verglichen mit einigen Lagerbüchsen, bei denen der Einsatz den gesamten Raum zwischen den beiden Hülsen ausfüllt. Unter der gleichen Belastung, wie oben angegeben, hatten diese Büchsen eine durchschnittliche Lebensdauer von ungefähr 6,8 Stunden mit einer Variationsbreite zwischen etwa 4,2 und etwa 10,9 Stunden, bevor der Einsatz versagte.

Bei der Wahl der Abmessungen der Ringe 40 sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehören die Größe der Lagerbuchse 30 und die Stärke des Einsatzes 36. die Gummihärte und der Betrag der Ausdehnung des Einsatzes 36 in der Anordnung sowie die vorgesehene radiale Torsions- und konische Belastung. Die Ringe 40 sollten vorzugsweise die Innenhülse 32 eng umfassen und von der Außenhülse 34 einen Abstand haben, der mindestens gleich der statischen Radialverschiebimg der Lagerbüchse 30 ist. Beispielsweise soll bei einer sehr harten Lagerbuchse 30 mil einem statischen Federkennwert von 1,8 · 10" N/m der Abstand zwischen Ring 40 und Außenhüise 34 clwa 0,025 mm je 4540 N angenommener statischer BeIaslung betragen. Für niedrigere Federkennwerlc, d. h. wenn weicherer Gummi oder Gummi mit niedrigeren Durometer-Werten für den Einsatz 36 verwendet wird, ist der Abstand entsprechend größer. Statt die Innenhülse 32 fest zu umfassen, kann der Ring 40 im Preüsitz an die Außenhülse 34 gesetzt oder geklebt werden und einen gleichen Abstand von der !nnenhülse 32 aufweisen. Ist der Abstand zu groß, wird die Lagerbüchse 30 im Gebrauch einer zu großen konischen Bewegung ausgesetzt, und der abriebfeste Ring 40 erhöht die Lebensdauer der Lagerbüchse 30 nicht merklich. Der Abstand sollte daher nicht über etwa das Zweifache des Abstandes hinausgehen, der für die Aufnahme der statischen Belastung erforderlich ist. Die Ringe 40 dienen dann zur Begrenzung des Betrages der zulässigen konischen Auslenkung.

Die Breite des Ringes 40 ist ebenfalls wichtig, weil dieses Maß die Breite des Einsatzes 36 bestimmt, der zum Ausüben der normalen Lagerbüchsenfunktion verfügbar ist. Die Verwendung eines breiten Ringes 40 mil entsprechender Verringerung der Breite des Einsatzes 36 führt zu einer Herabsetzung der verschiedenen Federkennwerte der Lagerbuchse 30 und zu einer Einschränkung der Vorteile, die die Verwendung eines Einsatzes 36 bietet. Die Breite der beiden Ringe 40 sollte zusammen nicht mehr als 30% der Gesamtbreite des umschlossenen Raumes betragen. Damit die Ringe 40 eine Wirkung ausüben können, sollte ihre zusammengefaßte Breite zwischen etwa 10% und 20% der axialen Länge der Außenhülse 34 betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elastische Lagerbüchse mit einem geformten Elastomer-Einsatz und zwei starren ringförmigen Hülsen, nämlich einer Innenhülse und einer gegenüber der Innenhülse wesentlich kürzeren Außenhülse, wobei der Einsatz zwischen den Hülsen in radialer Richtung komprimiert und infolge des Komprimierens um mindestens 50% seiner Länge vergrößert ist, der Einsatz gegenüber der Außenhülse zentriert ist und im eingebauten Zustand eine Länge von ungefähr 70% bis 95% der Länge der Außenhülse besitzt, wobei je ein abriebfester Ring, dessen Härte größer ist als die Härte des Elastomer des Einsatzes, axial neben den Enden des Einsatzendes in Anlage an der Innenhülse und unter Ausbildung eines Ringspaltes in einem Abstand von der Außenhülse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfesten Ringe (40) aus gegossenem Polyurethan mit einer Härte von 95° (Shore A) bestehen, die Gesamtbreite der Ringe (40) zwischen etwa 10% und 20% der axialen Länge der Außenhülse (34) beträgt und der Ringspalt nicht größer ist als die zweifache Strecke, um die sich die Innenhülse (32) und die Außenhülse (34) bei normaler radialer Belastung gegeneinander verlagern.