DE2816742A1

DE2816742A1 - Elastisches lager

Info

Publication number: DE2816742A1
Application number: DE19782816742
Authority: DE
Inventors: Raoul Dipl Ing Joern; Peter Reichardt
Original assignee: Joern GmbH
Current assignee: JOERN GEB ROTH FRIEDA 7012 FELLBACH DE
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1979-10-31
Also published as: FR2423685B1; IT1112323B; AT357882B; FR2423685A1; DE7811595U1; ATA275678A; DE2816742C2; IT7921932A0

Description

PATENTANWALT _8i)70 jngoLSTADT/DONAU

DIPL.-ING. POSTFACH 230

FRITZ SCHNELL telefon 72026

Jörn GmbH, Porschestraße 10, 7012 Fellbach

Elastisches Lager

Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager, insbesondere zur Befestigung des Hinterachshilfsträgers an freitragenden Karosserien von Personenkraftwagen und des Fahrerhauses von Lastkraftwagen am Fahrzeugrahmen, bestehend aus äußeren und inneren zur Kraftein- und -ausleitung dienenden Metallteilen und zwischen beiden festhaftend einvulkanisierten Gummikörpern.

Es sind elastische Lager bekannt, durch die bei Personenkraftwagen mit vorn liegendem Motor und angetriebener Hinterachse der Hinterachshilfsträger am freitragenden Karosseriekörper befestigt ist. Am hinterachshilfsträger sind die zur Hinterachsführung dienenden Dreieckslenker angebracht. Da an den Rädern angreifende Vertikalkräfte zum größten Teil direkt in die vertikal stehenden, am Dreieckslenker befestigten Federbeine eingeleitet werden, treten an den üblicherweise verwendeten drei Hilfsträgerlagern, die mit vertikal stehender Achse eingebaut werden, nur kleine Kräfte in vertikaler Richtung auf. Diese sind auf Momente um die Fahrzeugquerachse infolge von

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Brems- und Beschleunigungskräften zurückzuführen. Dagegen müssen alle horizontalen Kräfte, wie Seitenkräfte bei Kurvenfahrt und in Fahrtrichtung wirkende Kräfte beim Bremsen und Beschleunigen, von den Hilfsträgerlagern in den Karosseriekcrper eingeleitet werden.

Die elastische Aufnahme dieser Korizontalkräfte, d.h. die Federcharakteristik der Hilfsträgerlager, ist ausschlaggebend für die Fahreigenschaften, wie gute Kurvenlage, Über- oder Untersteuern und das gesamte Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs. So erhöht beispielsweise eine ausreichende elastische Nachgiebigkeit der Hilfsträgerlager quer zur Fahrtrichtung die Bodenhaftung der Räder. Andererseits darf die elastische Nachgiebigkeit der Hilfsträgerlager in Fahrtrichtung nicht groß sein, da sie sonst bei Kurvenfahrt zur Schrägstellung der Hinterachse und damit zu gefährlichem Über¹- oder Untersteuern führt.

Linige bekannte Ausführungen von Hilfsträgerlagern bei serienmäßig hergestellten und im Verkehr befindlichen Personenkraftv/agen haben daher im Querschnitt Rechteckforin und ihre Gummischichten sind so angeordnet, daß sie in einer Koordinatenrichtung der Horizontalebene auf Druck und in der anderen, dazu senkrechten Richtung auf Schub beansprucht sind und dementsprechend in einer Koordinatenrichtung hart, in der anderen weich sind. Rechteckige Teile sind aber am Hilfsträger nur

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unter erheblichem Fertigungsaufwand zu befestigen und können bei der Fahrzeugerprobung nicht beliebig um ihre Vertikalachse gedreht werden, um die günstigste Lage der resultierenden Federkonstante zu ermitteln.

Bekannt sind auch elastische Lager für Hilfsträger bei serienmäßig hergestellten Personenkraftwagen mit außen zylindrischer Form. Bei ihnen ist zwischen dem äußeren zylindrischen Metallteil und einem inneren Rohr eine umlaufend gleichmäßig dicke Gummischicht einvulkanisiert. Derartige Lager, die auch konisch statt zylindrisch ausgeführt werden, sind einfach einzubauen, weil sie nur ein rundes, aus Rohr herstellbares Aufnahmeauge am Hilfsträger erfordern, und sie sind leicht herzustellen. Ihr Nachteil ist, daß sie in allen Richtungen der horizontalen Ebene, also im Radialschnitt des Lagers, die gleiche Federkennung haben. Mit Rücksicht auf eine gute Schwirigungsisolierung soll die Gummischicht zwischen den Metallrohren möglichst groß sein, auch um eine v/eiche Federung in vertikaler Richtung zu erreichen. Bei gegebenem Außendurchmesser des elastischen Lagers wird dann der Durchmesser des Innenrohres in ungünstiger Weise verhältnismäßig klein. Ein solches Lager bringt daher in Fahrtrichtung nicht die für eine gute Achsführung erforderliche Steifigkeit und ist andererseits quer zur Fahrtrichtung zu hart. Auch das Eigenlenkverhalten und das Verhalten bei Kurvenfahrt ist daher ungünstig. Das bekannte Anbringen von nierenförmigen Aussparungen im ringförmigen Gummi-

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teil vermindert die radiale Federkonstante nochmals, also auch die erwünschte harte Federkonstante in Fahrtrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Lager zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile der bekannten Konstruktionen vermeidet. Das Lager soll in der Radialschnitt-ebene in einer Koordinatenrichtung große Kräfte mit sehr harter Federkennung aufnehmen, in der anderen Koordinatenrichtung schon bei kleinen Kräften sehr nachgiebig sein. Es soll ferner leicht herstellbar und einfach zu befestigen sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe und schafft ein Lager der eingangs beschriebenen Art, bei dem das Neue darin besteht, daß das Außenteil in an sich bekannter Weise aus zwei getrennten Schalenhälften eines Hohlzylinders besteht und das innere Hetallteil prismatisch gestaltet ist, dessen Achse parallel zur Achse des Hohlzylinders liegt und annähernd rechteckigen Querschnitt mit schwach nach außen gewölbten langen Seitenflächen oder sechseckigem Querschnitt mit vier langen, einen Winkel größer als 120° einschließenden Seitenflächen aufweist, wobei die Seitenflächen des inneren Metallteiles mit je einer äußeren Schalenhälfte durch anvulkanisierte Gummikörper verbunden sind. Mit dem erfindungsgemäßen Lager wird ein Element geschaffen, das senkrecht zur Seitenfläche des einvulkanisierten Prismas besonders hohe Steifigkeit besitzt, da der Gummi in dieser Richtung auf Druck beansprucht wird und die Druckfläche gegen-

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über üblichen Rundbuchsen, die stets auch ein zylindrisches
Innenrohr besitzen, um ein Mehrfaches vergrößert wird. Die
Steifigkeit senkrecht zur Seitenfläche des Prismas wird weiterhin dadurch erheblich vergrößert, daß die durch Schlitze getrennten äußeren Schalenhälften beim Einbau geschlossen werden und dadurch die Gummiteile zu beiden Seiten des Prismas gegeneinander vorgespannt werden. Die Steifigkeit kann nochmals dadurch erheblich vergrößert werden, daß der Gummi in bekannter Weise durch einvulkanisierte Zwischenplatten unterteilt und
daher seine Querdehnung behindert wird.

In dem Element sind die Vorteile einer einfachen Herstellung und eines leichten Einbaus infolge seiner zylindrischen Form vereint mit dem Vorteil einer großen Steifigkeit, d.h. einer harten Federkennung in einer Richtung quer zur Achse, ohne
daß die beschriebenen Nachteile der bekannten Bauformen auftreten.

Eine besonders hohe Festigkeit und hohe Lastaufnahme wird für das Lager erreicht, wenn die Radien der Metallteile, die die Gummikörper begrenzen, entsprechend dem Anspruch 2 gewählt
werden. Die Druckspannungsverteilung hat dann die Form einer flachen Parabel, ist also relativ gleichmäßig. Dagegen steigt bei kleinen Krümmungsradien des inneren prismatischen Teiles die Druckspannungsparabel steil an und besitzt hohe Spitzenwerte in der Mitte.

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Die in Anspruch 3 beschriebenen Gummipuffer begrenzen elastisch die Ffcderwege des inneren Prismas in tier Querrichtung, in der uie größte Weichheit vorhanden ist. Die Puffer bilden einen Arisch] dg Mit progressiver Federcharakteristik, die je nach Formgebung und ilöhe des Gummikorpers beliebig gestaltet werden kann.

Die nach Anspruch U. stirnseitig an den ilalbschalen angebrachten, nach außen oder innen abgebogenen Flansche dienen zur axialen Federwegbegrenzung bei extrem hohen und naturgemäß selten auftretenden Stoßen in axialer Richtung des Lagers. Dabei verhindern die auf vulkanisierter Guuimiwülste einen metallischen Anschlag und bieten eine weitere Dämpfung. Die nach außen abgebogenen Flansche arretieren das Lager axial in der Richtung, in der die größeren Vertikalkräfte auftreten. Die nach innen abgebogenen Flansche erstrecken sich an beiden Halbschalen nur üDer einen kleinen Teil des Umfangs. Sie können auch nach erfolgter Vulkanisation abgebogen werden.

Zur elastischen Lagerung von Fahrerhäusern für Lastkraftwagen ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Lager ebenfalls äußerst vorteilhaft. Fahrerhäuser sollen in Fahrtrichtung starr geführt werden, sollen aber in vertikaler Richtung weich gelagert sein, um Fahrstöße abzubauen. Als Fahrerhaus lager werden die Elemente mit horizontaler, quer zur Fahrtrichtung liegender Achse ein-

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gebaut. Dabei steht der längliche Querschnitt des inneren prismatischen Metallteiles senkrecht, so daß in Fahrtrichtung eine harte Federkennung zur Aufnahme von Anfahr · und Bremskräften vorhanden ist. In vertikaler Richtung ist die Federkennung weich, und das Fahrerhaus schwingt vertikal mit erwünschter kleiner Eigenfrequenz. Um eine optimale Ausgangsstellung für Schwingungsbewegungen des durch das Fahrerhausgewicht statisch vorbelasteten Lagers zu erreichen, ist in Anspruch 5 vorgesehen, daß die Achse des inneren prismatischen Hetallteiles im Herstellzustand vertikal exzentrisch zur Achse der Halbschalen verschoben ist und beide Achsen erst in eingebautem Zustand unter der statischen Last des Fahrerhauses zusammenfallen. Die zylindrische Form vereinfacht auch hier Herstellung und Einbau des Lagers.

Die erfindungsgemäße Ausbildung nach Anspruch 6 bewirkt, daß die zusammengezogenen Halbschalen einen Zylinder mit unveränderlichem Außendurchmesser bilden, der so bemessen ist, daß die auf die Halbschalen aufvulkanisierte Gummischicht zwischen Aufnahmeauge und Lager beim Einbau auf ein festgelegtes Maß zusammengepreßt wird. Die Anpressung wird so bemessen, daß eine Reibungshaftung erzielt wird, die jede weitere Befestigung überflüssig macht.

Die erfindungsgemäßen Lager können auch für andere Anwendungsfälle verwendet werden, besonders dann, wenn eine runde Außen-

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form erwünscht ist, die radialen Federkonstanten in zwei Koordinatenrichtungen sehr unterschiedlich sein müssen, eine hohe radiale Kraftaufnähme erwünscht ist und nur geringfügige Verdrehungen auftreten.

Zur Veranschaulichung der Wirkung eines erfindungsgernäßen Lagers dienen folgende Angaben: Ein zylindrisches Lager mit flachem Innenteil und den Abmessungen der Fig. 1 und 2 erzielt gegenüber einem Element mit gleichem Außendurchmesser, gleicher Länge und gleicher axialer Federkonstante, aber zylindrischen Innenrohr

in radialer Richtung senkrecht zum Innenteil eine Erhöhung der Federkonstante auf den 2,5-fachen Wert, in radialer Richtung parallel zum Innenteil eine Verringerung der Federkonstante auf den 0,4--fachen Wert.

Die Federkonstante senkrecht zum Innenteil kann durch die beschriebenen Maßnahmen wesentlich erhöht werden.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Hilfsträger-

lager im Herstellzustand; Fig. 2 ist die Draufsicht zu Fig. 1; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Buchsenhälfte ϊτι eingebauten Zustand;

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Fig, 4 ist ein radialer Querschnitt zu Fig. 3; Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine Buchsenhälfte im eingebauten Zustand in einer gegenüber Fig. 3 geänderten Variante;

Fig. 6 ist ein radialer Querschnitt zu Fig. 5;

Fig. 7 ist ein radialer Querschnitt eines Fahrerhauslagers im Herstellzustand;

Fig. 8 ist der Längsschnitt zu Fig. 7;

Fig. 9 ist der radiale Querschnitt eines Fahrerhauslagers entsprechend Fig. 7, jedoch im eingebauten Zustand und unter statischer Belastung und

Fig. 10 ist der Längsschnitt zu Fig. 9.

Nach den Fig. 1 und 2 sind zwischen einen Hohlzylinder bildende metallische Schalenhälften 1 und 2 und ausgewölbten langen Seitenflächen 5 eines inneren prismatischen Metallteiles 3 Gummikörper 7 und 8 festhaftend einvulkanisiert und die Oberflächen der Schalenhälften 1 und 2 mit aufvulkanisierten Gummischichten 21 versehen. Das innere prismatische Metallteil 3 bildet annähernd ein Rechteck mit schwach ausgewölbten Längsseiten 5. Dabei ist der Krümmungsradius 10 der Längsseitenwölbung gleich dem Krümmungsradius 9 der Schalenhälften, oder größer als dieser. Die Trennstellen 19, 20 der Schalenhälften 1 und 2 haben im Herstellzustand einen verhältnismäßig großen Abstand.

Nach den Fig. 3 und 4- sind die Schalenhälften 1 und 2 radial

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zusammengezogen, so daß ihre Trennstellen 19 und 20 aufeinanderliegen und das so gebildete zylindrische Element axial in das rohrförmig Aufnahneauge 22 eingepreßt ist. Dabei werden die einvulkanisierten Gummiteile 7 und 8 gegeneinander auf Druck vorgespannt. An der Schalenhälfte 1 ist ein Anschlagpuffer 1; anvulkanisiert, der zum Anschlag der Schmalseite 12 des prismatischen Metallteiles 3 dient. Das l'etallteil 3 ist als sechseckiges Prisma ausgebildet, dessen vier längere Seiten 6 einen Winkel größer als 120° einschließen. Beim Einpressen in das Aufnahmeauge 2 2 wird die auf die Außenseite der Halbschale aufvulkanisierte Gummischicht 21 stark zusammengepreßt und damit ein einwandfreier Reibungskraftschluß erzielt.

Die Zeichnungen Fig. 5 und 6 unterscheiden sich von den Fig. 3 und M- dadurch, daß ein Anschlagpuffer 11 unmittelbar auf die Schmalseite 12 des Metallteiles 3 aufvulkanisiert ist.

Nach den Fig. 7 und 8, die das erfindungsgemäße Element als Fahrerhauslager darstellen, ist die Längsachse 4 des inneren prismatischen Metallteiles 3 nach oben gegen die Längsachse 18 des äußeren aus den Schalenhälften 1 und 2 bestehenden Hohlzylinders verschoben. Die auf die Außenflächen der Schalenhälften au*vulkanisierte Gummischicht 21 ist hier mit Längsriefen 23 versehen, die das axiale Einpressen in ein Aufnahmeauge 22 erleichtern.

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In den Fig. 9 und 10 sind die Tennstellen 19 und 20 der Schalenhälften 1 und 2 durch das Einpressen in ein Aufnahmeauge 2 geschlossen. Unter der statischen Belastung durch das Fahrerhaus wird das prismatische fietallteil nach unten gedrückt, so daß seine Achse mit der der Schalenhälften zusammenfällt. Unter der Wirkung von Fahrstößen kann das prismatische Metallteil 3 nun in vertikaler Richtung frei schwingen.

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Claims

Patentansprüche

1. Elastisches Lager, insbesondere zur Befestigung des Hinterachshilfsträgers an freitragenden Karosserien von Personenkraftwagen und des Fahrerhauses von Lastkraftwagen am Fahrzeugrahmen, bestehend aus äußeren und inneren zur Kraftein- und -ausleitung dienenden Metallteilen und zwischen beiden festhaftend einvulkanisierten Gummikörpern, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil in an sich bekannter üJeise aus zwei getrennten Schalenhälften (1, 2) eines Hohlzylinders besteht und das innere Metallteil (3) prismatisch gestaltet ist, dessen Achse (4) parallel zur Achse des Hohlzylinders liegt und annähernd rechteckigen Querschnitt mit schwach nach außen gewölbten langen Seitenflächen (5) oder sechseckigem Querschnitt mit vier langen, einen Winkel größer als 120° einschließenden Seitenflächen (6) aufweist, wobei die Seitenflächen (5 bzw. 6) des inneren Metallteiles (3) mit je einer äußeren Schalenhälfte (1, 2) durch anvulkanisierte Gummikörper (7, 8) verbunden sind.

2. Elastisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (10) der Längsseitenflächen (5) des inneren Metallteiles (3) gleich oder größer als die Krümmungsradien (9) der äußeren Schalenhälften (1, 2) sind.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Elastisches Lager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schmalseiten (12) des inneren Metallteiles (3) Zusatzgummipuffer (11) oder den Schmalseiten (12) gegenüber an den Innenseiten der äußeren Halbschalen (1, 2) Zusatzgummipuffer (13) festhaftend anvulkanisiert sind.

4. Elastisches Lager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Halbschalen (1, 2) an einer Stirnseite Außenflansche (14-) und an der anderen Stirnseite Innenflansche (15) aufweisen und auf die Außenseiten dieser Flansche (14, 15) Gummiwülste (16, 17) aufvulkanisiert sind.

5. Elastisches Lager nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (18) des Hohlzylinders (1, 2) und die Längsachse (4) des inneren Metallteiles (3) im nichteingebauten und unbelasteten Zustand parallel zueinander in der Längsrichtung des länglichen Querschnittes des Metallteiles (3) verschoben sind.

6. Elastisches Lager nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei fest aufeinanderliegenden Trennstellen (19,20) der äußeren Halbschalen (1, 2) der Außendurchmesser des Lagers einschließlich der aufvulkanisierten äußeren Gummischicht (21) ein Übermaß gegenüber dem Innendurchmesser des Aufnahmerohres (22) aufweist, das durch starkes Verdrängen der außen aufvulkanisierten Gummischicht (21) bei der Montage ausgeglichen wird.

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