DE2608553C2

DE2608553C2 - Gelenklager zur Lagerung von Stabilisatoren

Info

Publication number: DE2608553C2
Application number: DE2608553A
Authority: DE
Inventors: Raoul Dipl.-Ing. 8992 Hengnau Jörn; Peter 7012 Fellbach Reichardt
Original assignee: Joern GmbH
Current assignee: Joern GmbH
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1986-07-31
Also published as: FR2342425B1; GB1516572A; FR2342425A1; DE2608553A1; ATA161676A; AT343492B

Description

a)
b)

c)

e)

die innere Metallschale (2) aus zwei Halbschalen gebildet ist,

die äußeren Metallhalbschalen (1) beim Zusammenspannen mit den einander zugekehrten Endflächen aneinanderanliegen, bevor die Lagerschalen (5, 6) des Aufnahmeauges aneinanderliegen,

die Wandstärke der äußeren Metall-Halbschalen (1) so stark bemessen ist, daß ihre einander zugekehrten Endflächen (3) den gesamten Druck der zusammengespannten Lagerschalenhälften des Aufnahmeauges (5, 6) ertragen und die äußeren Metallhalbschalen beim Zusammenspannen ihre konzentrische Form, ohne am Umfang auszuknicken, beibehalten,
die inneren Metallschalen (2) nach dem Zusammenspannen durch einen Spalt (9) zwischen ihren Endflächen voneinander getrennt sind und daß

die inneren Metallhalbschalen (2) des Gummi-Metall-Elements (4) an ihrer dem Stabilisatorstab (11) zugewandten Oberfläche mit einer angehafteten dünnen Gummischicht (10) versehen sind, welche die innerhalb der axialen Lagerlänge auftretende Drehauslenkung des Stabilisatorstabes aufnimmt, wobei die Stärke s der Gummischicht in Abhängigkeit von dem größten Betriebsverdrehwinkel g>_mi% des Stabilisatorstabes (11), von dessen wirksamer Gesamtlänge L, von der wirksamen Gummilänge / der Gummischicht (10), von dem Durchmesser D des Stabilistorstabes (11), von dem Schubmodul G und der Wechselfestigkeit r_w der verwendeten Gummimischung festgelegt ist durch die Beziehung

g>_ma._x

4Lr₁₁,

Die Erfindung betrifft ein Gelenklager zur Lagerung von Stabilisatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stabilisatorlager dienen als Gelenk und zur Lagerung des an beiden Seiten abgebogenen Stabilisator-Drehstabes am Fahrzeugrahmen. Sie nehmen die Verdrehungen des Stabilisatorstabes auf und müssen, besonders bei geländegängigen Fahrzeugen und Baufahrzeugen, extrem hohe Radialkräfte ohne Zerstörung ertragen.

Es sind Stabilisatorlagerungen mittels Gleitbuchsen bekannt, bei denen der Stabilisatorstab in einer geschmierten Kunststoffbuchse drehbar gelagert ist. SoI-ehe Lagerungen sind nur brauchbar, solange die Dichtung am Rande der Aufnahmebohrung einwandfrei arbeitet Sobald diese undicht wird, dringt Wasser und Staub in die Gleitfläche ein und leitet eine schnelle Zerstörung durch Abrieb ein.

Ferner sind Ausführungen von Stabilisatorlagerungen bekannt, bei denen ungehaftete Gummibuchsen, die zur Montage einen längs durchgehenden Schlitz aufweisen, zwischen Stabilisatorstab und den äußeren Lagerschalen eingeklemmt werden. Diese Gummibuchsen können für leichte Personenkraftwagen ausreichend sein, halten aber großen Radialkräften, wie sie bei Lastkraftwagen oder ähnlichen auftreten, nicht stand. Der Gummi wird unter radialen Kräften durch den Querdehnungseffekt axial nach außen gedrängt und die Buchsen bekommen Spiel. Der nun eindringende Schmutz verletzt die Oberfläche des Stabilisatorstabes und kann zu einem Dauerbruch führen. Auch die Gummibuchse wird nach dem Fortfall des Reibungsschlusses durch Abrieb schnell zerstört.

Die vorbeschriebenen Elastomer-Stabilisatorlagerungen sind hinsichtlich Dauerhaltbarkeit, Wartungsfreiheit und Fahrkomfort nicht befriedigend.

Ein weiteres bekanntes Gelenklager (DE-OS 19 55 308), von dem bei der Gattungsbildung ausgegangen wird, besteht aus einem dickwandigen Innenrohr, auf das zwei Gummi-Halbschalen aufvulkanisiert sind. Die Gummi-Halbschalen sind im unbelasteten Zustand durch zwei Längsspalten voneinander getrennt. Die Gummi-Halbschalen sind an ihrer Außenseite mit einem dünnwandigen Blech umgeben und enthalten zur Vermeidung von Querdehnungen Zwischenbleche. Die äußeren Blechhalbschalen sind mit dünnen Gummischichten auf den Oberflächen versehen, um einen höheren Reibwert zu erhalten. Das beschriebene Gummi-Metail-Element wird in einem Aufnahmeauge zusammengespannt, wobei die äußeren Blechschalen konzentrisch verengt werden. Dazu werden zwei Halbschalen des Aufnahmeauges in einer geradlinigen Bewegung gegeneinander geführt, wodurch eine Radialspannung im Gummi erzeugt wird. Um jedoch eine gleichmäßige Vorspannung im Gummi zu erreichen, ist es hier erforderlich, die Halbschalen des Aufnahmeauges genau zu bearbeiten, so daß nach der Montage das Aufnahmeauge einen geschlossenen Zylinder um das Gummi-Metall-Element bildet. Die Herstellung präzise gefertigter Halbschalen und Aufnahmeaugen ist aufwendig und teuer. Das vorliegende Lager ist für die Lagerung von Stabilisatoren nicht vorgesehen, da die Gummiteile direkt an ein inneres Rohr aufvulkanisiert sind.

Bei einem weiter bekannten Gelenklager (DE-OS 21 44 507) ist eine innere, dünne Metallschale mit einer dünnen Gummischicht überzogen, die zur Verbesserung der Haftungseigenschaften auf einem Lagerbolzen dient. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Anpreßdrucks ist die Metallschale aus Lochblech hergestellt. Das bekannte Lager ist nicht für Torsionsbelastungen, wie sie bei einer Stabilisatorstablagerung auftreten, vorgesehen, so daß die Abmessungen der Gummischicht in der

Regel wohl dünn gewählt werden, jedoch sonst keinen Anforderungen genügen müssen. Die Metallschale ist a/i ihrem Stoß durch einen Spalt getrennt

Bei einem bekannten Ringkörper zur Lagerung drehschwingender Wellen (DE-OS 21 60 022) wird ein zweiteiliger Gummikörper verwendet, der von einer zweiteiligen Schelle umschlossen ist. Eine radiale Vorspannung wird durch Verschraubung der Schelienteile aufgebracht Die Schelienteile müssen aber auch hier genau bearbeitet sein und nach der Montage einen gesohlosse nen inneren Zylinder bilden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Gelenklager zur Lagerung von Stabilisatoren zu schaffen, das bei hoher Dauerfestigkeit und völliger Wartungsfreiheit preiswert herstellbar und zudem einfach mon- tierbar ist

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gelenklager mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Mit der in der Ausgangs- und Endstellung konzentrisehen Lage der äußeren Metall-Halbschalen zueinander wird vorteilhaft erreicht daß durch deren gleichmäßiges Verbiegen die hervorgerufene radiale Druckspannung im Gummi über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilt ist, obwohl das Zusammenspannen nur in einer Richtung erfolgt. Die äußeren Metall-Halbschalen sind dabei stark bemessen und verleihen dem Gummi-Metall-Element eine hohe Formstabilität. Daher kann ein besonders einfaches und billiges Aufnahmeauge verwendet werden, das ohne spanabhebende Bearbeitung herstellbar ist und aus zwei als Biege- oder Preßteile mii weiten Toleranzen ausgebildeten Halbschalen besteht. Diese haben ihrer ungenauen Oberfläche wegen weder am ganzen Umfang noch an den Trennstellen der Lagerschalenhälften einen gleichmäßigen Formschluß mit den äußeren Metallschalenhälften. Dennoch wird ein einwandfreier Kraftschluß dadurch erreicht, daß die Lagerschalen des Aufnahmeauges sehr stark zusammengespannt werden. Die äußeren Metallschalenhälften halten dem Spanndruck ohne Formänderung und ohne Auszuknicken stand. Die dickwandigen äußeren Metallschalenhälften machen es somit möglich, trotz eines aus groben Schellenteilen aufgebauten Lagerauges und einer groben Montageweise (einfaches Anziehen der Schrauben bis zum Widerstand) eine definierte Vorspannung für die Gummischale zu erzeugen.

Bei der Montage kommen die äußeren Metallhalbschalen mit ihren einander zugekehrten Trennflächen zur Anlage, bevor die Lagerschalenhälften des Aufnahmeauges oder ihre Flansche sich berühren oder zur Anlage kommen. Da die äußeren Halbschalen sehr starkwandig sind, nehmen sie den vollen Druck der Klemmschrauben auf und können beliebig stark eingeklemmt werden. Auch bei sehr ungenauen und deformierbaren Aufnahmebügeln wird so eine absolut sichere Befestigung und eine Montage mit einfachsten Mitteln erreicht. Die Lagerschalenhälften und ihre Flansche sollen sich beim Anziehen der Klemmschrauben weitgehend elastisch oder sogar plastisch verformen, um eine möglichst gute Anlage an die Gummi-Metall-Buchse zu erzielen. Da die Flansche der Lagerschalenhälften auch nach der Montage wenigstens auf einer Seite nicht zur Berührung kommen, ist stets die volle Spannkraft der Klemmschrauben wirksam.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die inneren Blechhalbschalen auch nach der Montage noch durch einen Spalt voneinander getrennt bleiben und sich nicht an ihren Trennflächen berühren, damit der volle Gummidruck als Anpreßdruck auf den Stabilisatorstab wirkt.

Es ist weiter vorgesehen, die inneren Metall-Halbschalen "an ihrer, dem Stabilisatorstab zugewandten Oberfläche, mit einer angehafteten Gummischicht zu versehen, deren Stärke in Abhängigkeit von dem größten Betriebsverdrehwinkel des Stabilisatorstabes, von dessen wirksamer Gesamtlänge, von der wirksamen Gummilänge der Gummischicht, von dem Durchmesser des Stabilisatorstabes sowie von dem Schubmodul und der Wechselfestigkeit der verwendeten Gummimischung festgelegt ist durch die Beziehung

_ D IG g)_ma!1
4Lr, '

darin ist

Durchmesser des Stabilisatorstabes wirksame Gesamtlänge des Stabilisatorstabes

wirksame Gummilänge der Gummischicht

größter Betriebsverdrehwinkel des Stabilisatorstabes

Schubmodul der verwendeten Gummimischung

Wechselfestigkeit der verwendeten Gummimischung

Die angehaftete dünne Gummischicht gewährleistet einen einwandfreien Form- und Kraftschluß mit dem Stabilisatorstab. Vor allem aber dient sie dazu, die im Bereich der Gelenklänge auftretende Torsionsverforrnung des Stabilisatorstabes, die etwa in der Größenordnung von 0,4° bis 0,8° bei einer Verdrehung des ganzen Stabes von 5° bis 10° liegen kann, elastisch aufzunehmen. Die Stärke der Gummischicht muß der angegebenen mathematischen Beziehung zwischen den Abmessungen des Lagers und des Stabilisatorstabes sowie den elastischen und Festigkeitseigenschaften des verwendeten Gummis entsprechen. Ist die Stärke kleiner, so kann der Gummi durch die Torsionsverformungen des kraftschlüssig anliegenden Stabilisatorstabes zerstört werden, oder es tritt Abrieb und Gleiten ein; dabei sind auch seitliche Verschiebungen des Stabilisatorstabes möglich. Ist die Stärke der Gummischicht dagegen wesentlich größer als die Gleichung angibt, so hält der Gummi dem hohen radialen Druck nicht stand. Außerdem erspart die kraftschlüssige Verbindung zwischen Buchse und Stabilisator die Verwendung seitlicher Anlaufringe.

Durch eine unterschiedliche Wandstärke der Innenhalbschalen bei sonst gleichbleibenden Abmessungen des Gummikörpers und der äußeren Metallhalbschalen kann eine Anpassung an unterschiedliche Durchmesser von Stabilisatorstäben erzielt werden. Es kann z. B. die gleiche Stabilisatorlagerung für verschiedene Lastkraftwagen-Typen mit entsprechend unterschiedlichen Stabilisatordurchmessern verwendet werden. Auch das Gummi-Metall-Element kann in der gleichen Vulkanisierform mit auswechselbaren Inneneinsätzen gefertigt werden, was die Lagerhaltung und die Fertigung des gesamten Gelenklagers verbilligt. Weiter ist es möglich, die durch das Lager gebildete Buchse an ihren äußeren Enden im Durchmesser zu verkleinern. Hierdurch können axial zur Buchse größere Seitenkräfte aufgenommen werden und die Buchse läßt sich um ihre Querachse besser auslenken.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung an Aus-

führungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigt

Fig. die fertigmontierte Stabilisatorlagerung eines Lastkraftwagens mit einem Ausschnitt des Stabilisatorstabes in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 ein einzelnes Gummi-Metall-Element (Halbschale),

F i g. 3 den Querschnitt durch das Gelenklager eines Lastkraftwagen-Stabilisators zu Beginn der Montage,

F i g. 4 den Längsschnitt zu F i g. 3,

F i g. 5 den Querschnitt durch das in F i g. 3 gezeigte Gelenklager, jedoch in fertigmontiertem Zustand,

F i g. 6 den Längsschnitt zu F i g. 5,

F i g. 7 die Verformung des Stabilisatorstabes und der zwischen dem Stabilisatorstab und den inneren Metallhalbschalen liegenden Gummischicht,

Fig. 8 Teillängsschnitt einer gegenüber den F i g. 1 — 6 abgeänderten Ausführungsform und

F i g. 9 Vorderansicht zu F i g. 8.

Nach den Fig. 1—3 besteht ein Gummi-Metall-Element 4 aus der äußeren Metallhalbschale 1 mit den Endflächen 3, der inneren Metallhalbschale 2 und der zwischen den Metallhalbschalen einvulkanisierten Gummischicht 20, welche die verdrehenden und verkantenden Verformungen aufnimmt. Auf die freie Oberfläche der inneren Metallhalbschale 2 ist eine dünne Gummischicht 10 aufvulkanisiert.

in den Fig. 1, 3 und 4 sind zwei Gummi-Metall-Elemente 4 um einen Stabilisatorstab 11 gelegt. Die äußeren Metallhalbschalen 1 der Gummi-Metall-Elemente 4 klaffen an den Trennstellen auseinander. Um die Gummi-Metall-Elemente 4 sind die Lagerschalenhälften 5 und 6 herumgelegt und an ihren Flanschen 7,8 bzw. 7a, 8a mittels der Klemmschrauben 12 und 12a verbunden. In diesem Zustand zu Beginn der Montage (F i g. 3) sind die Radien der äußeren Metallhalbschalen 1 größer als die Innenradien der Lagerschalenhälften 5 und 6.

In den F i g. 5 und 6 sind die äußeren Lagerschalenhälften 5 und 6 an ihren Flanschen 7,8 und 7a, 8a mit den Klemmschrauben 12, 12a und Muttern 13, 13a stark zusammengezogen und die beiden Gummi-Metall-EIemente 4 bilden ein geschlossenes Teil. Die Endflächen 3 und 3a sind aufeinandergepreßt und die Spalte zwischen den Gummiendflächen sind völlig geschlossen, so daß der Gummi einen geschlossenen Ring mit umlaufenden Kraftschluß bildet. Dabei sind die Radien der äußeren Metallschalen 1 am ganzen Umfang gleichmäßig verkleinert, und der Außenradius der Metallhalbschalen 1 stimmt mit dem Innenradius der Lagerschalenhälften 5 überein. Zwischen den Flanschen 7, 8 und 7a, 8a oder wenigstens zwischen einem Flanschpaar bleiben Spalte 14, 14a bestehen, so daß die ganze Kraft der Klemmschraube 12,12a und Muttern 13,13a auf die Lagerschalenhäiften wirkt Die metallischen Innenschalenhälften 2 der Gummi-Metall-Elemente 4 bilden in diesem montierten Zustand keinen geschlossenen Ring, sondern sind durch die Spalte 9 voneinander getrennt; daher wirkt der volle Gummidruck über die dünnen Gummischichten 10 auf den Stabilisatorstab 11.

Fig.7 zeigt einen Teil des Stabilisatorstabes 11 mit der daran angepreßten, aus zwei halbschalenförmigen Teilen 10 bestehenden Gummischicht Die Dicke der Gummischicht ist maßstäblich verzerrt gezeichnet Die äußere Mantelfläche 15 der Gummischicht 10 ist an den Innenflächen der inneren Metallhalbschalen 2 (in F i g. 2, 3 und 5) fest anvulkanisiert und wird dort unverschiebbar festgehalten. Die Querschnitte 16 und 17 des Stabilisatorstabes 11, die mit den stirnseitigen Enden der Gummischicht 10 in einer Ebene liegen, verdrehen sich gegen den mittleren Querschnitt um +

Δφ Δφ .

-γ- bzw. ~. Dabei

verschiebt sich der Punkt 18 tangential auf dem Umfang des Querschnittes 16 nach 18a und der Punkt 19 auf dem Umfang des Querschnittes 17 nach 19a. Für die Verschiebung fsi auf dem Umfang des Stabilisatorstabes gilt

fs··

darin ist R der Radius und D der Durchmesser des Stabilisatorstabes. Bei dem größten Betriebsverdrehwinkel 0W des Stabilisatorstabes 11 beträgt dessen Verdrehung im Bereich der Lagerbuchse Δ φ = ^w -j- mit der wirksamen Länge L des Stabilisatorstabes 11 und der wirksamen Gummilänge /der Lagerbuchse.

Auch die angepreßte Gummischicht 10 mit der Schichtstärke s wird zwangsläufig um den Betrag fst verschoben. Sie erfährt also eine Schubverformung mit dem Schiebewinkel /. Näherungsweise kann hier

y= — gesetzt und das Hookesche Gesetz für die

Schubverformung angewandt werden, so daß sich ergibt

JL =JJL oder f_G=s-^. Gs O

Da die Verschiebungen für Gummi und Stahl gleich sein müssen, also &=/c, erhält man folgende Beziehung:

L ■

Für die Schichtstärke sdes Gummis wird
_DIG p_max

* 4L "

Ist die zulässige Wechselspannung für Gummi r_w, dann gilt für die erforderliche Schichtstärke s der Gummischicht 10

4Lr„

In dieser Gleichung ist die Gummibeanspruchung durch volle Stabilisatorwirkung bei einseitiger Einfederung des Fahrzeuges erfaßt Hierzu überlagert sich in manchen Belastungsfällen eine gleichmäßig verteilte reine Verdrehung der Stabilisatorlagerbuchse durch eine auf beiden Seiten gleichmäßige Einfederung. Da diese klein ist und vor allem von der dicken Gummischicht 20 aufgenommen wird, kann sie unberücksichtigt bleiben. In besonders ungünstigen Fällen genügt eine Reduzierung des Wertes für die zulässige Wechselspannung

In den F i g. 8 und 9 ist ein Stabilisatorlagerzapfen 11a im mittleren Bereich 21 mit gegenüber dem vorderen Ende 22 und hinterem Teil 23 vergrößertem Durchmesser ausgeführt Die beiden Gummi-Metall-Elemente 4a mit der Gummischicht 20a sind dieser Zapfenform angepaßt und weisen an den zylindrischen Enden der Metallschalen la, 2a mit der Gummischicht 20a gegenüber dem zylindrischen Mittelteil 24 einen kleineren Durchmesser auf. Im übrigen stimmt diese Gelenkausführungsform mit der der Fig. 1—6 überein, dies gilt besonders auch für die verbleibenden Spalten 9 und 14, 14a.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gelenklager zur Lagerung von Stabilisatoren
mit zwei äußeren, ein Aufnahmeauge bildenden Lagerhalbschalen,

mit zwei im Aufnahmeauge zusammengespannten Gummi-Metall-Schalen, bestehend aus je einer Gummi-Halbschaie und darauf innen und außen festhaftend aufvulkanisierten Metallschalen,
wobei die äußeren Metallschalen Halbschalen sind, die vor dem Zusammenspannen konzentrisch zu den inneren Metallschalen liegen und zwischen den Gummi-Halbschalen eine Längskerbe gebildet ist, und wobei die äußeren Metallschalen beim Zusammenspannen konzentrisch entsprechend dem Lageraugedurchmesser verbogen werden, bis die Endflächen der äußeren Metallschalen aufeinanderstellen, dadurch gekennzeichnet, daß