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Elastische Buchse
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Die Erfindung betrifft eine elastische Buchse.
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Diese eignet sich für vielerlei technische Anwendungen, insbesondere
für Aufhängearme von Automobilen und dgl.
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Bekannte elastische Buchsen für Aufhängearme (Querträger, Längsträger
us.w) von Autos bestehen im allgemeinen aus metallischen Außen-und Innenzylindern
und einem zylindrischen Kautschuk- oder Gummimaterial, welches zwischen die Außen-
und Innenzylinder durch Presspassen oder Vulkanisieren eingesetzt ist. Diese Einrichtung
ermöglicht einen relativen und elastischen Versatz in axialen, diametralen und Torsionsrichtungen,
und einen Gleitversatz oder eine Gleitverschiebung in Torsionsrichtung in den Innen-
und Außenzylindern.
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Zur Qualitätsverbesserung der Aufhängung von
Fahrzeugen
ist die elastische Kraft der elastischen Buchse in Diametralrichtung vorzuzgsweiche
hoch (hart, d.h. hohe Steifigkeit), bis zu einem gewissen Ausmaß, und andererseits
ist das für einen Versatz der elastischen Buchse in Torsionsrichtung erforderliche
Drehmoment vorzugsweise niedrig (nachfolgend als Torsionsdrehmoment bezeichnet).
Durch Reduzierung des Torsionsdrehmoments kann der Fahrkomfort stark verbessert
werden. Zur Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen, ist die elastische Kraft
der elastischen Buchse in Axialrichtung vorzugsweise niedrig (weich).
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Bei der Konstruktion der bekannten elastischen Buchse ist es jedoch
schwierig, das Drehmoment zu verringern und gleichzeit die elastische Kraft in Diametralrichtung
beizubehalten, da der überwiegende Teil der inneren Spannung des Gummimaterials
unmittelbar auf die inneren und äußeren Zylinder übertragen wird.
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Wenn zur Verringerung des Torsionsdrehmoments ein weiches Kautschuk-
oder Gummimaterial verwendet wird, wird die elastische Kraft in Diametralrichtung
ebenfalls nachteilig verringert.
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Durch die Erfindung soll eine elastische Buchse geschaffen werden,
bei welcher das Torsionsdrehmoment verringert werden kann, während eine hohe elastische
Kraft in Diametralrichtung aufrechterhalten wird.
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Ferner soll durch die Erfindung eine elastische
Buchse
geschaffen werden, welche die Lebensdauer eines Einsatzes erhöht , welcher zur Reduzierung
des Torsionsdrehmoments angebracht wird.
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Außerdem soll die elastische Buchse gemäß der Erfindung in der Lage
sein, eine lange Lebensdauer auch dann zu haben, wenn der Einsatz schweren Gebrauchsbedingungen
ausgesetzt wird, wie z.B. hohen Belastungen durch Schläge während der Fahrt eines
Automobils, der Hitze eines Verbrennungsmotors, oder der Reibungshitze, die durch
Reibung zwischen dem Einsatz und dem inneren Zylinder erzeugt wird. Diese Aufgabe
wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen inneren Zylinder und einen äußeren Zylinder
aus Metall, ein im wesentlichen zylindrisches Kautschuk- oder Gummi- oder gummiähnliches
elastisches Material, welches zwischen den inneren Zylinder und den äußeren Zylinder
eingesetzt ist, und einen Einsatz, welcher zwischen den inneren Zylinder und das
elastische Material so eingesetzt ist, daß er relativ zum inneren Zylinder drehbar
ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in
der folgenden Beschreibung enthalten.
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Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben,
in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.
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Darin sind Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines oberen Armes
eines Autos und zugehörige Teile, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine elastische
Buchse nach der Erfindung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform
einer elastischen Buchse nach der Erfindung, und Fig. 4 einen Längsschnitt durch
eine dritte Ausführungsform einer elastischen Buchse nach der Erfindung.
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Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird eine erste Ausführungsform der
Erfindung beschrieben.
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Fig.1 zeigt einen oberen Arm 1, welcher die Aufhängung eines Autos
bildet. Der obere Arm 1 ist gabelartig mit zwei Armteilen 2 versehen, in deren Enden
je eine Durchgangsöffnung 3 gebildet ist.
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Durch die Uffnungen 3 erstreckt sich eine Welle 4,auf d er unmittelbar
auf der Innenseite der Uffnungen 3 je eine sie umgebende Sicherungsscheibe 5 oder
ein Flansch 5 befestigt ist.
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Beide Enden der Welle 4 sind in zylindrische innere Zylinder 6 aus
Metall eingefügt, die in die
öffnungen 3 eingesetzt sind. Das angrenzende
Ende des inneren Zylinders 6 drückt gegen die Sicherungsscheibe 5, flanschartig
stark ausgebildet. Ein auf den inneren Zylinder 6 aufgesetzter Einsatz 7 ist aus
einem starren Material, vorzugsweise Nylon, in Form eines Zylinders von im wesentlichen
der gleichen Länge wie der innere Zylinder 6 gebildet. Zwischen der Innenfläche
des Einsatzes 7 und der Außenfläche des inneren Zylinders 6 besteht ein solches
Spiel, vorzugsweise von ungefähr O,lmm, daß sich die beiden Teile relativ zueinander
drehen können.
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Ein Paar Umfangsnuten 8 in der Innenfläche an beiden Enden des Einsatzes
7 enthält jeweils einen Dichtungsring 9 in Form eines sogenannten 0-Ringes aus Kautschuk
oder Gummi, in einer Weise, daß die Dichtungsringe 9 die Außenfläche des inneren
Zylinders 6 einspannen.
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Ein im wesentlichen zylindrisches Material 10 aus Kautschuk, Gummi
oder gummiähnlichem Stoff ist so auf den Außenumfang des Einsatzes 7 aufgezogen,
daß es den Einsatz 7 klammerartig einspannt und das angrenzende Ende des elastischen
Materials gegen die flanschartige Sicherungsscheibe 5 gedrückt wird. Das dazu entfernte
Ende des vorspringenden elastischen Materials 10 ist mit einem sich über den gesamten
Umfang erstreckenden Ringbund 11 versehen, welches mit dem Material 10 aus einem
einstückigen Teil besteht.
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Ein äußerer Zylinder 12 aus Metall ist im wesentlichen zylindrisch
und auf die Außenumfangsfläche des Materials 10, welches im folgenden Gummimaterial
10 genannt wird, aufgezogen, in einer Weise, daß das Gummimaterial 10 klammerartig
eingespannt wird. Ein Stützteil 13 ist durch Abbiegen des von der Sicherungsscheibe
5 abgewandten Endes des äußeren Zylinders 12 gebildet und liegt über den gesamten
Umfang am Ringbund 11 des Gummimaterials 10 an und drückt es in axialer Richtung
nach außen.
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Eine zweite Sicherungsscheibe 14 aus Metall ist am äußeren Ende der
Welle 4 durch eine Mutter 15 befestigt, welche in axialer Richtung nach innen gespannt
ist, so daß die Innenfläche der Sicherungsscheibe 14 gegen das äußere Ende des inneren
Zylinders 6 gedrückt wird. Dadurch wird auch das innere Ende des inneren Zylinders
6 gegen die innere Sicherungsscheibe 5 gedrückt, ohne daß die Gefahr eines Weggleitens
besteht, wodurch eine Drehung des inneren Zylinders 6 relativ zur Welle 4 verhindert
wird.
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Dadurch wird der größte Teil der in Axialrichtung der elastischen
Buchse wirkenden Kraft von dem Ringbund 11 des Gummimaterials 10 zwischen dem Stützteil
13 und der Sicherungsscheibe 14 aufgenommen. Nachfolgend wird die Montage der elastischen
Buchse beschrieben.
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Zuerst wird das Gummimaterial 10 durch Presspassen soweit in den äußeren
Zylinder 12 eingesetzt, bis der an einem Vorsprung des Gummimaterials 10 gebildete
Ringbund 11 am Stützteil 13 anliegt. Danach wird der innere Zylinder 6 durch Presspassung
in
den Einsatz 7 eingesetzt, nachdem zuvor die Dichtungsringe 9
in die Nuten 8 eingefügt wurden.
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Danach werden der innere Zylinder 6 und der Einsatz 7 als Einheit
in das Gummimaterial 10 eingesetzt. Als nächstes werden der innere Zylinder 6, der
Einsatz 7, das Gummimaterial 10 und der äußere Zylinder 12 als Einheit auf einen
Endabschnitt der Welle 4 aufgesetzt, wobei die inneren Enden jeweils an die flanschartige
Sicherungsscheibe 5 gedrückt werden, und die ganze Anordnung wird in der Durchgangsöffnung
3 untergebracht.
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Abschließend wird die Sicherungsscheibe 14 am äußeren Ende der Welle
4 befestigt und durch die Mutter 15 in axialer Richtung gegen das äußere Ende des
inneren Zylinders 6 gedrückt.
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Wenn auf diese Anordnung ein Torsionsdrehmoment wirkt, gleitet oder
verschiebt sich der die innere Spannung oder innere Kraft des Gummimaterials 10
tragende Einsatz 7 ohne die Kraft auf den inneren zylinder 6 zu übertragen. Deshalb
sind der Widerstand des Einsatzes 7 gegen ein Gleiten oder Verschieben mit Bezug
auf den inneren Zylinder 6, und der Widerstand zwischen den Dichtungsringen 9 und
dem inneren Zylinder 6 die einzigen Faktoren, die zur Größe des Torsionsdrehmoments
beitragen, welches mit Bezug auf bekannte Buchsen stark reduziert ist.
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Außerdem hat der aus starrem oder steifem Nylon oder einem ähnlichen
Kunststoff bestehende Einsatz 7 einen niedrigen Reibungswiderstand und er ist vorteilhaft
hinsichtlich eines niedrigen Verschleisses.
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Wenn andererseits eine externe Last in Diametral-.
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richtung auf die elastische Buchse wirkt, dann wird die gesamte Innenumfangsfläche
des Gummimaterials 10 fest von dem Einsatz 7 unterstützt, so daß die elastische
Kraft in Diametralrichtung hochgehalten wird. Wenn eine externe Last in Axialrichtung
auf die elastische Buchse wirkt, dann wird der größte Teil der elastischen Kraft
in Axialrichtung der elastischen Buchse auf dem mit dem Ringbund 11 versehenen Vorsprung
des Gummimaterials 10 zwischen dem Stützteil 13 und der Sicherungsscheibe 14 konzentriert,
wie dies oben beschrieben wurde. Dadurch kann die in Axialrichtung wirkende elastische
Kraft durch änderung der axialen Länge oder dgl. des am Vorsprung gebildeten Ringbundes
11 frei eingestellt werden.
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Da bei dieser Ausführungsform die Dichtungsringe 9 die Außenumfangsfläche
des inneren Zylinders 6 durch Druck auf diesen inneren Zylinder 6 abdichten besteht
außerdem keine Gefahr, daß fremde Substanzen wie z.B. Schmutzwasser zwischen den
Einsatz 7 und den inneren Zylinder 6 gelangen können. Dadurch wird eine Beschädigung
der Buchse infolge Abnutzung des Einsatzes 7 oder andere Beeinträchtigungen verhindert
und die Lebensdauer wird wesentlich erhöht.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug
auf Fig.3 hinsichtlich der Merkmale beschrieben, welche von der ersten Ausführungsform
abweichen.
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Ein Stützelement 16 ist zwischen den Einsatz 7 und das Gummimaterial
10 durch Presspassung so eingesetzt, daß es auf der Außenumfangsfläche des Einsatzes
7 festsitzt. Das Stützelement ist aus Metall im wesentlichen in Form eines Zylinders
gebildet und ausreichend dick, um die innere Spannung oder innere Kraft des Gummimaterials
10 aufzunehmen. Als Metall für dieses Stützelement 16 eignet sich unlegierter Kohlenstoffstahl,
rostfreier Stahl, Aluminium, Messing, und andere Metalle und Legierungen. Das Gummimaterial
10 wird auf die Außenumfangsfläche des Stützelements 16 mit einer solchen Presspassung
aufgebracht, daß das Stützelement 16 regelrecht eingeklemmt wird, und daß das innere
Ende des Gummimaterials 10 gegen die flanschartige Sicherungsscheibe 5 gedrückt
wird. Es wird also bereits im voraus durch die Presspassung im Gummimaterial 10
eine Preßspannung erzeugt.
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Nachfolgend wird die Montage dieser Buchse der zweiten Ausführungsform
beschrieben. Das Gummimaterial 10 wird zuerst in den äußeren Zylinder 12 durch so
starke Presspassung eingesetzt, bis der Vorsprung mit dem Ringbund 11 am Stützteil
13 zur Anlage kommt. Ferner wird der Einsatz 7 mit Presspassung in das Stützelement
16 eingesetzt, und die zu einer Einheit miteinander verbundenen Stützelement 16
und Einsatz 7 werden ebenfalls durch Presspassen in das Gummimaterial 10 eingesetzt.
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Als nächstes werden die Dichtungsringe 9 in die Nuten 8 des Einsatzes
7 eingelegt und dann
wird der innere Zylinder 6 durch Presspassen
in den Einsatz 7 eingefügt. Danach wird der Gesamtkörper auf einen Endabschnitt
der Welle 4 montiert, was in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform geschieht.
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Wenn eine externe Kraft oder Belastung in Diametralrichtung auf die
elastische Buchse wirkt, beispielsweise wenn ein Auto fährt, dann wird bei dieser
zweiten Ausführungsform eine innere Kraft oder innere Spannung auch in Diametralrichtung
im Gummimaterial 10 erzeugt. Diese innere Spannung addiert sich zur Kompressionsspannung,
die bei der oben beschriebenen Montage erzeugt wird. Insbesondere bei Einwirkung
einer schlagartigen Belastung nimmt die oben genannte innere Spannung zeitweise
beachtlich hohe Werte an.
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Bei dieser Ausführungsform wurden jedoch folgende Vorteile festgestellt:
(1) Die innere Spannung des Gummimaterials 10 wirkt direkt auf das aus Metall bestehende
Stützelement 16 und nur indirekt auf den Einsatz 7 aus starrem oder steifem Nylon
oder ähnlichem Kunststoff, da die innere Spannung durch das Stützelement 16 abgeschwächt
wird. Dadurch ist die auf den Einsatz 7 wirkende Kraft verringert und insbesondere
die Schlagbelastung wird merklich reduziert.
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(2) Obwohl die Steifheit oder Starrheit des aus
steifem
oder starrem Nylon oder dgl. bestehenden Einsatzes 7 selbst nicht immer hoch ist,
da das aus Metall bestehende Stützelement 16 fest auf dem Außenumfang des Einsatzes
7 sitzt, ist die Gesamtsteifigkeit des Einsatzes 7 und des Stützelementes 16 ausreichend
hoch, um die Starrheit des steifen oder starren Einsatzes 7 aus Nylon oder dgl.
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entsprechend zu kompensieren.
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Infolge der oben beschriebenen Vorteile (1) und (2) dieser Ausführungsform
wird der Einsatz 7 nie abgenutzt und er wird selbst unter hohen Belastungen nie
beschädigt oder in seiner Wirkung beeinträchtigt, und seine Lebensdauer ist stark
verlängert.
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Außerdem, wenn der Einsatz 7 hohen Temperaturen, beispielsweise der
Motorhitze oder durch Reibung entstehender Hitze zwischen dem Einsatz 7 und dem
inneren Zylinder 6 ausgesetzt wird, verringern sich zwar die mechanischen Eigenschaften
des aus starrem Nylon bestehenden Einsatzes 7 naturgemäß und seine Haltbarkeit ist
beeinträchtigt, jedoch wird bei dieser Ausführungsform die niedrigere Haltbarkeit
des Einsatzes 7 unter hohen Temperaturen durch die oben beschriebenen Vorteile (1)
und (2) ebenfalls kompensiert.
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Wenn auf die elastische Buchse dieser Ausführungsform ein Torsionsdrehmoment
einwirkt, dann gleitet oder rutscht der Einsatz 7 relativ zu dem inneren Zylinder
6, wie dies auch bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Da somit nur der Widerstand
des Einsatzes 7 gegen das Gleiten auf dem inneren
Zylinder 6 und
die Reibung zwischen den Dichtungsringen 9 und dem inneren Zylinder 6 zum Torsionsdrehmoment
beitragen, ist letzteres sehr stark reduziert.
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Andererseits, wenn eine externe Kraft in Diametralrichtung auf die
elastische Buchse einwirkt, wie dies beschrieben wurde,dann wird mehr oder weniger
die gesamte Innenumfangsfläche des Gummimaterials 10 von dem inneren Zylinder 6
durch das Stützelement 16 und den Einsatz 7 gestützt so daß die elastische Kraft
in Diametralrichtung hoch gehalten wird.
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Wenn eine externe Kraft in Axialrichtung wie beschrieben einwirkt,
dann wird der größte Teil der elastischen Kraft in Axialrichtung von dem als Vorsprung
ausgebildeten Ringbund 11 des Gummimaterials 10 zwischen dem Stützteil 13 des äußeren
Zylinders 12 und der Sicherungsscheibe 14 aufgenommen.
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Als nächstes wird die in fig.4 gezeigte dritte Ausführungsform beschrieben.
Diese unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform nur dadurch, daß ein aus
Metall bestehendes Stützelement 26 nicht am Außenumfang des Einsatzes 7 vorgesehen
ist, sondern in inniger Verbindung in den Einsatz 7 eingebettet ist. Als Verfahren
zum Eingießen des Stützelementes 26 in den Einsatz 7 kann der Einsatz 7 im Spritzgußverfahren
hergestellt werden oder das Stützelement 26 kann nach der Formung des Einsatzes
7 getrennt in diesen eingesetzt werden. Je nach den gegebenen Umständen und verwendeten
Materialien kann auch jedes andere geeignete Verfahren verwendet werden.
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Bei dieser Ausführungsform wirkt die innere Spannung oder Kraft des
Gummimaterials 10 direkt auf den äußersten Umfangsteil des Einsatzes 7.
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Jedoch wirkt diese innere Spannung, die von dem aus Metall bestehenden
Stützelement 26 getragen wird, nur indirekt und schwach auf den inneren Umfangsteil.
Andere Funktionen sind gleich wie bei der zweiten Ausführungsform. Deshalb sind
die Wirkungen der dritten Ausführungsform ähnlich wie die der zweiten Ausführungsform.
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Die Erfindung ist nicht auf die besondere Konstruktion der oben beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt.
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Beispielsweise sind folgende Modifikationen möglich: (1) Der Einsatz
7 kann aus synthetischem Harz wie z.B. ABS, Polycarbonat, Xthylen-Tetrafluorid,Polyacetal,
oder einem Metall wie z.B. Aluminium hergestellt werden.Ein starres oder steifes
Harz ist vorzugsweise nach dem Gesichtspunkt leichtes Gewicht und Abnutzungsbeständigkeit
auszuwählen. Auch können diese steifen oder starren Harze ölige oder Oleo-Harze
sein.
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Vorzugsweise wird der Einsatz 7 aus einem synthetischen Harz unter
dem Gesichtspunkt der Gleitfähigkeit, Leichtigkeit und niedrige Kosten gebildet.
Jedoch haben synthetische Harze mit guter Gleitfähigkeit wie z.B. fithylen-Tetrafluorid
und Polyacetal im Allgemeinen eine niedrige Steifigkeit oder Starrheit. Material
dieser Art hat unter schweren Bedingungen wie z.B. hohen Belastungen und hohen Temperaturen
eine verringerte Lebensdauer, jedoch wird durch die Erfindung eine schlechte Haltbarkeit
in der oben beschriebenen Weise kompensiert, so daß solche Materialien ohne
Schwierigkeiten
verwendet werden können.
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(2) Die Lage und die Form des Querschnittes der Dichtungsringe 9 kann
in jeweils zweckmäßigerweise geändert werden. Auch können die Dichtungsringe 9 aus
elastischem Material wie z.B.PVC-Harz bestehen.
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Beispielsweise kann die elastische Kraft erhöht werden, indem eine
Kerbe vorgesehen wird, die sich in Umfangsrichtung auf einem Teil der Außenumfangsfläche
der Dichtungsringe 9 erstreckt, oder die Dichtungsringe 9 können mit einem rechteckigen
oder dreieckigen oder ähnlichen Querschnitt gebildet werden.
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(3) Ein Dichtungsmittel kann auf viele Arten modifiziert werden. Beispielsweise
kann mindestens ein Ende des Gummimaterials 10 so ausgebildet werden, daß es an
der Außenumfangsfläche des inneren Zylinders 6 und an der Sicherungsscheibe 14 oder
an der Außenumfangsfläche des inneren Zylinders 6 und an der flanschartigen Sicherungsscheibe
5 anliegt.
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(4) Zwischen die Innenfläche des Einsatzes 7 und der Außenfläche des
inneren Zylinders 6 kann Fett zur Schmierung eingebracht werden, wobei auf der inneren
Fläche des Einsatzes 7 eine Fettnut gebildet werden kann, um die Lebensdauer des
Einsatzes 7 zu verlängern.
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(5) Änderungen sind auch bezüglich der Stützelemente 16 und 26 möglich.
Beispielsweise kann bei der zweiten und dritten Ausführungsform am Außenumfang
des
Einsatzes 7 eine Nut zur Aufnahme des Stützelements 16 vorgesehen sein, oder die
Länge oder die Dicke des Stützelements 16 und des Stützelements 26 können geändert
werden. Auch können die Stützelemente 16 und/oder 26 am Einsatz 7 angeklebt oder
anvulkanisiert werden.
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