DE3844279C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager, insbesondere ein Lager zur Lagerung eines Schwingenkopfes einer Achs­ führung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

An Achsen von Fahrzeugen treten beim Fahrbetrieb durch Fahr­ bahnunebenheiten verursachte Schwingungen und Roll- oder Fahr­ geräusche auf. Diese Geräusche und Schwingungen verstärken sich bei angetriebenen Achsen noch durch die vom Antrieb aus­ gehenden Vortriebs- und Verzögerungskräfte.

Fahrzeugachsen sind insbesondere bei Straßenfahrzeugen über Federungen und Achsführungseinrichtungen mit dem Fahrzeugauf­ bau verbunden. An den Verbindungs- und Lagerstellen werden die von der Achse ausgehenden Schwingungen und Geräusche auf den Fahrzeugrahmen und die gesamte Aufbaustruktur eines Fahr­ zeugs übertragen.

Zur Eindämmung und Reduzierung der Schwingungs- und Geräusch­ übertragung auf den Fahrzeugaufbau ist es allgemein bekannt, Gummimetallelemente in den Lagerstellen der Achsführungsteile zu verwenden. Solche Lagerstellen sind aus mehreren Gründen problembehaftet: Für eine gute Geräusch- und Schwingungs­ dämmung ist eine relativ weiche Lagerung erforderlich, die aber dem Erfordernis nach einer präzisen und genauen Achsfüh­ rung und einer möglichst hohen Dauerhaltbarkeit entgegen­ stehen kann.

Bei einer bekannten Achsführung für eine Hinterachse eines Busses, einer sogenannten Achsschwinge, sind je ein Schwingenarm jeweils seitlich am hinteren Fahrzeugaufbau über Luftfedern abgestützt und gehalten. Die Schwingenarme sind relativ lang und führen unter dem Fahrzeug weit nach vorne und sind dort im sogenannten Schwingenkopf zu einer etwa drei­ eckigen Anordnung verbunden. Die Achse ist mit den Schwingen­ armen in Fahrzeugquerrichtung gesehen vor den Luftfedern ver­ bunden, so daß durch diese Versetzung nach vorne auf den Schwingenkopf sowohl eine statische Last als auch die oben ge­ nannten, betriebsmäßigen Belastungen durch Anfahr- und Verzö­ gerungskräfte, fahrbahnangeregte Schwingungen und Roll- oder Fahrgeräusche wirken. Die Lagerung und Geräuschdämmung des Schwingkopfs ist besonders kritisch, da diese Lagerstelle ins­ besondere bei Stadtbussen ohne Kofferraum unmittelbar und zen­ tral unter dem Fahrgastraum liegt und hier eine Geräuschüber­ tragung besonders störend ist.

Es ist bekannt, einen solchen Schwingenkopf in einem Gummi­ metall-Kugelgelenk zu lagern, wobei die Verbindung der beiden Schwingenarme in der Kugel des Kugelgelenks endet. Diese Gelenkkugel ist über vorgespannte Gummischalen in einem Aufnahmeauge gehalten, das mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Eine zufriedenstellende Schwingungs- und Geräuschdämmung ist mit der bekannten Anordnung nur mit einer verhältnismäßig weichen Auslegung des Lagers erreichbar, was die Dauerhaltbar­ keit ungünstig verringert.

Der Lagertyp eines Gummimetall-Kugelgelenks ist für sich beispielsweise aus den DE-OS 21 44 507 und DE-OS 24 34 501 bekannt. Ebenfalls für sich bekannt ist der Lagertyp einer Gummimetallbuchse (JP-OS 58-97 508-Abstract und DE-OS 35 25 213).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elastisches Lager zu schaffen, das eine Mehrzahl von Belastungen, insbesondere auch statische und kardanische Belastungen bei guter Geräuschdämmung und Dauerhaltbarkeit aufnehmen kann und das insbesondere den Erfordernissen für die Lagerung eines Schwingenkopfes einer Achsschwinge entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elastischen Lager mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Gemäß Anspruch 1 besteht das elastische Lager aus einer Art von zentralem Kugelgelenk, bei dem am balligen Innenteil gegenüberliegend zu beiden Seiten zwei Lagerzapfen angebracht sind, die seitlich herausragen und jeweils in Gummimetallbuch­ sen gelagert sind. Die Lagerzapfen bilden dabei die Innentei­ le der Gummimetallbuchsen für die Krafteinleitung. Über die Lagerzapfen sind Außenteile als feste, bevorzugt metallische Buchsen-Aufnahmeaugen vorgesehen, wobei zwischen den Lager­ zapfen und den Buchsen-Aufnahmeaugen Gummielemente, bevorzugt als zylindrische Gummischicht, unter Vorspannung angeordnet sind. Die Buchsen-Aufnahmeaugen sind für eine feste Verbindung an einem Rahmenträger oder dergleichen mit Befestigungsteilen versehen. Für den Fall der Lagerung eines am Kopf einer Achsschwinge sind die Buchsen-Aufnahmeaugen mit dem Fahrzeugaufbau verbunden und der Schwingenkopf entspricht dem Gelenk-Aufnahmeauge des zentralen Gelenks.

Die vorgeschlagene Anordnung stellt eine Kombination aus parallel- und hintereinandergeschaltenen Gummielementen dar, mit der ein mehrfach entkoppeltes System geschaffen wird. Damit ist eine wesentliche Verbesserung der Geräuschdämmung in Verbindung mit einer hohen Dauerhaltbarkeit möglich. Insbe­ sondere können bei einer Auslegung und Dimensionierung des elastischen Lagers die Federkonstanten und Härten des zentra­ len Gelenks unterschiedlich zu den seitlichen beiden Gummi­ metallbuchsen gewählt werden. Damit können die Art, Stärke und Richtung der unterschiedlichen, angreifenden Kräfte besser als in nur einem Lagerbauteil berücksichtigt werden.

Nach Anspruch 2 liegen bevorzugt die Achse der Lagerzapfen bzw. der Gummimetallbuchsen etwa senkrecht zur Anbindung des ersten zu lagernden Teils am zentralen Gelenk-Aufnahmeauge.

Im Falle der Lagerung eines Schwingenkopfes einer Achs­ schwinge ist das erste zu lagernde Teil der Schwingenkopf als Gelenk-Aufnahmeauge, wobei die Buchsen-Aufnahmeaugen mit einer Achse quer zum Fahrzeug am Fahrzeugaufbau befestigt sind (Anspruch 3).

Mit Anspruch 4 wird die Verwendung jeweils einer an sich be­ kannten, sogenannten Schlitzbuchse zur Lagerung der Lager­ zapfen vorgeschlagen. Bei einer solchen Buchse ist ein zylin­ drisches Gummielement zwischen einem Innenrohr und Außenrohr einvulkanisiert, wobei das Außenrohr wenigstens einen Längs­ schlitz aufweist, der sich in seiner Schlitztiefe weit in die Gummischicht hinein erstreckt. Das geschlitzte Außenrohr hat im unbelasteten Zustand einen etwas größeren Durchmesser als das Buchsen-Aufnahmeauge, so daß beim Einpressen in die Buch­ sen-Aufnahme der Durchmesser gleichmäßig verringert und der Längsschlitz geschlossen wird. Aufgrund der Vorspannung in der Gummischicht erfolgt eine feste Verbindung und Festlegung an den Lagerteilen, wodurch Relativbewegungen nur molekular und wartungsfrei im Gummi aufgenommen werden. Durch die Vor­ spannung im Gummi wird die Dauerhaltbarkeit zudem erheblich erhöht.

Wenn das Innenrohr der Gummimetallbuchse so stark ausgeführt ist, daß es sich durch die Vorspannung am Gummi nicht auf den Lagerzapfen preßt, wird mit Anspruch 5 vorgeschlagen, das Innenrohr am Lagerzapfen unverdrehbar, bevorzugt über eine Schraubverbindung, zu befestigen.

Mit den Ansprüchen 4 und 5 ist die bevorzugte Ausführung einer Schlitzbuchse beansprucht. Grundsätzlich können aber an diesen Lagerstellen auch andere, an sich bekannte Gummimetall­ buchsenelemente verwendet werden, wie beispielsweise Elemente aus zwei Schalen, Elemente mit zwei Längsschlitzen oder soge­ nannte Flanschbuchsen, bei denen die Vorspannung durch axiales Zusammenziehen von in der Mitte des Aufnahmeauges ge­ teilten zylindrischen Gummimetallteilen mit stirnseitigen Flanschen erfolgt.

Eine besonders vorteilhafte Maßnahme, die zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit und Abstimmung des Lagers beiträgt, wird mit Anspruch 6 beansprucht. Dabei sind die zylindrischen, elasti­ schen Elemente der Gummimetallbuchsen schalenförmig übereinan­ derliegende Gummiringelemente, die durch einvulkanisierte bzw. eingeformte, ebenfalls zylindrische Zwischenbleche ge­ trennt sind. Dadurch wird erreicht, daß die Arbeitsaufnahme pro Schicht, die im Hinblick auf die Dauerhaltbarkeit maßgeblich ist, durch die größere Anzahl der durch die Zwischenbleche getrennten Schichten auf jede einzelne Schicht bezogen relativ gering ist und sich insgesamt zur Gesamt­ arbeitsaufnahme summiert. Daraus resultiert eine große Dauerhaltbarkeit, obwohl die Lagerung durch die größere Anzahl der Schichten für eine gute Geräuschdämmung noch relativ weich auslegbar ist.

Die Dauerhaltbarkeit der Gummimetallbuchsen ist ersichtlich nur so hoch wie die Dauerhaltbarkeit jeder der einzelnen Ring­ elemente aus der zuletzt genannten Ausführungsform, d.h. wenn ein Ringelement durch Überlastung zerstört wird, ist auch die Gesamtanordnung nicht mehr funktionsfähig. Eine gleichmäßige Belastung der einzelnen Ringelemente wird dadurch erreicht, daß bei einer Lagerbelastung die Arbeitsaufnahme in jedem Ringelement möglichst gleich ist. Bei gleichen Schichtdicken­ stärken und/oder axialen Längen ist dies aber nicht gegeben, da bei weiter radial nach außen liegenden Ringelementen größere Flächen und Hebelarme auftreten. Um daher die vor­ teilhafte, gleiche Arbeitsaufnahme in jedem Ringelement zu erhalten, wird mit Anspruch 7 vorgeschlagen, die geometri­ schen Gegebenheiten dadurch zu berücksichtigen, daß bei gleicher axialer Länge der Ringelemente die Schichtdicken bei weiter radial nach außen liegenden Ringelementen anwachsen und größer werden. In einer anderen Ausführungsform kann die axiale Länge der radial weiter außen liegenden Ringelemente bei gleicher Schichtdicke verringert werden. Es sind auch ersichtlich Kombinationen der beiden vorgenannten Lösungen möglich.

Mit Anspruch 8 wird eine bevorzugte Ausführungsform des zen­ tralen kugelförmigen Gelenks angegeben. Dabei werden Kugel­ halbschalen als Gummimetallelemente auf das ballige Innenteil aufgesetzt und von dem Gelenk-Aufnahmeauge umfaßt. Durch axiales Zusammenziehen der Kugelhalbschalen wird eine Vor­ spannung im Gummi erzeugt, die eine feste Verbindung der Gummimetall-Halbschalen sowohl mit dem Innenteil als auch dem Aufnahmeauge bewirkt. Diese einfach und rationell zu ferti­ genden Gummimetall-Halbschalen sind somit vor der Montage weder am Innenteil noch am Aufnahmeauge anvulkanisiert. Als Einrichtung zur Festlegung der unter Vorspannung stehenden Gummimetall-Halbschalen werden nach Anspruch 9 Seegerringe verwendet, die in entsprechenden Nuten am Gelenkaufnahmeauge eingreifen. Metallische stirnseitige Druckringe sind zur Erzielung gleichmäßiger Gummischichtstärken zur Gelenkmitte hin zweckmäßig schräg angestellt.

Der grundsätzliche Aufbau des zentralen Gelenks besteht darin, daß das Innenteil eine ballige Verdickung mit nach beiden Seiten hin abfallenden Flächen aufweist, die von einer Gummischicht umschlossen sind. Je nach Anwendungsfall kann die Verdickung unterschiedlich ausgeführt sein, z.B. mit einem mittleren zylindrischen Bereich oder in einem Längs­ schnitt in Ovalform. Für die Lagerung eines Schwingenkopfes hat sich als vorteilhaft erwiesen, die in Anspruch 10 beanspruchte kugelige Form zu wählen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung mit wei­ teren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines elastischen Lagers mit einem halbseitigen Längsschnitt,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht des Lagers nach Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist ein elastisches Lager 1 dargestellt, das im wesentlichen aus einem mittleren Kugelgelenk 2 und zwei seitlichen Gummimetall-Buchsen 3 besteht.

Das Kugelgelenk 2 enthält ein metallisches Innenteil 4 mit einer kugelförmigen Verdickung 5, an der zu beiden Seiten hin zylindrische Lagerzapfen 6, 7 angeformt sind.

Von den beiden Lagerzapfenseiten her sind jeweils Halbschalen 8, 9 auf das metallische Innenteil 4 bzw. die kugelförmige Verdickung 5 aufgesteckt. Die Trennungslinie der Halbschalen 8, 9 entspricht der Mittellinie 10.

Die Halbschalen 8,9 sind als Gummimetallelemente gefertigt mit einer inneren, dünnen Blechschicht 11, entsprechend der Form der Verdickung 5, einer daran anschließenden relativ dicken Gummischicht 12 und stirnseitigen Druckringen 13, 14. Die Druckringe 13, 14 enthalten einen zur Gelenkmitte hin schräg angestellten Flächenbereich, so daß die Gummischicht 12 etwa mit gleichmäßiger Schichtdicke um die Verdickung 5 herum verläuft.

Die Halbschalen 8, 9 werden von einem Aufnahmeauge 17 mit zylindrischem Innendurchmesser umfaßt. Bei der Lagerung einer Achsschwinge stellt dieses Aufnahmeauge den Schwingenkopf bzw. die Verbindung der beiden nach hinten zur Achse führen­ den Schwingenarme dar, wie dies mit dem Fortsatz 18 angedeu­ tet ist.

In der Darstellung der Fig. 1 sind die beiden Halbschalen 8, 9 in ihrer axial zusammengezogenen und vorgespannen Position gezeigt. Dabei wird diese Stellung mit Hilfe von Druckringen 15 und Seegerringen 16 festgelegt.

Die Lagerzapfen 6 und 7 stehen seitlich weit über das mittle­ re, kugelförmige Gelenk 2 vor und bilden die Innenteile 19 der Gummimetallbuchsen 3, 4. Die Gummimetallbuchsen zur Lage­ rung der Lagerzapfen 6,7 enthalten zylindrische Gummimetall­ elemente mit einem Innenrohr 20, das jeweils auf das Innen­ teil 19 aufgesteckt ist und einem Außenrohr 21, zwischen denen schalenförmig übereinanderliegende Ringelemente 22, die durch einvulkanisierte Zwischenbleche 23 getrennt sind, ein­ vulkanisiert sind. Die radial weiter außen liegenden Ring­ elemente haben dabei etwas größere Schichtdurchmesser als die weiter innen zum Innenrohr 20 hin liegenden Ringelemente.

Das Innenrohr 20 jeder spiegelbildlich gleichen Gummimetall­ buchse 3 ist mit Hilfe einer stirnseitigen Verschraubung 24 mit dem Innenteil 19 fest und unverdrehbar verbunden.

Das Außenrohr 21 enthält einen Längsschlitz, der sich mit seiner Schlitztiefe im unbelasteten Zustand keilförmig weit in die Gummischicht bzw. die Ringelemente 22 und die Zwischen­ bleche 23 hinein erstreckt. Die Gummimetallelemente der Gummi­ metallbuchse 3 werden in Aufnahmeaugen 25, 26 mit zylindri­ schem Durchmesser eingepreßt. Dabei wird das geschlitzte Außenrohr 21, das im unbelasteten Zustand einen etwas größe­ ren Durchmesser als das Buchsenaufnahmeauge 25 bzw. 26 hat, gleichmäßig im Durchmesser verringert und der Längsschlitz ge­ schlossen, so daß sich die in Fig. 2 dargestellte Längs­ schlitzansicht 27 ergibt. Dabei wird in den Gummiteilen der Ringelemente eine Vorspannung erzeugt und das Außenrohr 21 gegenüber dem jeweiligen Aufnahmeauge festgelegt und gehal­ ten.

An jedem Aufnahmeauge sind seitlich überstehende Halterungen 28 angebracht, mit denen die beiden gegenüberliegenden Auf­ nahmeaugen 25 und 26 miteinander starr und fest verbunden wer­ den können bzw. im Falle der Lagerung einer Achsschwinge am Fahrzeugaufbau befestigt werden können.

Das dargestellte elastische Lager hat folgende Funktion: Schwingungen und Geräuschbelastungen werden im Falle der Kopf­ lagerung einer Achsschwinge über das Aufnahmeauge 17 in das elastische Lager 1 eingeleitet. Die Dämpfung und Arbeitsauf­ nahme erfolgt dabei je nach der Art der Belastung mehr oder weniger stark in dem mittleren kugeligen Gelenk 2 oder in den Ringelementen der Gummimetallbuchsen 3. Durch die Verwendung parallel und hintereinandergeschalteter Gummielemente können diese einzeln in ihren elastischen Eigenschaften dimensio­ niert werden (die gegenüberliegenden Gummimetallbuchsen 3 sind dabei spiegelbildlich gleich zu dimensionieren), so daß eine gute Anpassung an die jeweiligen Anwendungsfälle möglich ist. Durch die Aufteilung der Arbeitsaufnahme in eine Viel­ zahl von "entkoppelten" Gummielementen ist die Arbeitsauf­ nahme pro Element relativ gering und die Dauerhaltbarkeit groß, wobei dennoch eine relativ weiche Anbindung für eine gute Geräuschdämmung möglich ist.

Claims (10)

1. Elastisches Lager, insbesondere zur Lagerung eines Schwingenkopfes einer zur Achsführung ausgebildeten Schwinge, mit einem Gelenk, das aus einem metallischen Innenteil mit einer balligen, rotationssymmetrischen Verdickung mit nach beiden Seiten zur Lagerlängsachse hin abfallenden Flächen besteht, und aus einem das Innenteil zumindest teilweise umgreifenden Gelenk-Aufnahmeauge besteht und dieses Verbindung mit einem ersten zu lagernden Teil hat, wobei zwischen dem Innenteil und dem Gelenk-Aufnahmeauge Gummielemente unter Vorspannung angebracht sind, wobei am balligen Innenteil gegenüberliegend zu beiden Seiten zwei Lagerzapfen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Lagerzapfen (6, 7) jeweils in Gummimetallbuchsen (3) gelagert sind, wobei die Lagerzapfen (6, 7) die Innenteile (19) zur Krafteinleitung in die Gummimetallbuchsen (3) bilden,
daß über die Lagerzapfen (6, 7) gesteckte Außenteile als Buchsen-Aufnahmeaugen (25, 26) vorgesehen sind und zwischen den Lagerzapfen (6, 7) und den Buchsen-Aufnahmeaugen (25, 26) Gummielemente (22) unter Vorspannung angeordnet sind, und
daß die Buchsen-Aufnahmeaugen (25, 26) mit Befestigungsteilen (28) für eine feste Verbindung an einem Rahmenträger oder dergleichen versehen sind.

2. Elastisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Achse der Lagerzapfen (6, 7) bzw. der Gummi­ metallbuchsen (3) etwa senkrecht zur Anbindung bzw. Kraft­ einleitung des ersten zu lagernden Teils (18) am Gelenk- Aufnahmeauge (17) liegt.

3. Elastisches Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste zu lagernde Teil (17 bzw. 18) der Schwingenkopf einer Achsschwinge ist und die Buchsen-Auf­ nahmeaugen (25, 26) am Fahrzeugaufbau befestigt sind.

4. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gummimetallbuchsen (3) zur Lagerung der Lagerzapfen (6, 7) zylindrische Gummimetall­ elemente aufweisen, die als Gummischicht (22) zwischen einem Innenrohr (20) und einem Außenrohr (21) einvulkani­ siert sind, wobei das Außenrohr (21) wenigstens einen Längsschlitz (27) aufweist, der sich mit seiner Schlitz­ tiefe weit in die Gummischicht hinein erstreckt und das geschlitzte Außenrohr (21) im unbelasteten Zustand einen etwas größeren Durchmesser als den Innendurchmesser des Buchsen-Aufnahmeauges (25, 26) hat, wobei beim Einpressen in das Buchsen-Aufnahmeauge der Durchmesser gleichmäßig verringert und der Längsschlitz (27) geschlossen wird und aufgrund der Vorspannung in der Gummischicht eine feste Verbindung und Festlegung im Buchsen-Aufnahmeauge (25, 26) erfolgt.

5. Elastisches Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Innenrohr (20) mit dem zugeordneten Lager­ zapfen (6, 7) unverdrehbar, bevorzugt über eine Schraub­ verbindung (24), verbunden ist.

6. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Gummielemente der Gummimetallbuchsen schalenförmig übereinanderliegende Ringelemente (22) sind, die durch einvulkanisierte bzw. eingeformte Zwischenbleche (23) getrennt sind.

7. Elastisches Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schichtdicke bei weiter radial nach außen liegenden Ringelementen (22) zunimmt und/oder die axiale Länge bei weiter radial nach außen liegenden Ringelemen­ ten (22) abnimmt.

8. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gummielemente im Gelenk-Auf­ nahmeauge (17) als Gummi-Metall-Körper (8, 9) ausgebildet sind, der in einer Radialebene (10) an der Verdickung (5) des lnnenteils (4) geteilt ist und die beiden so gebilde­ ten Halbschalen (8, 9) von beiden Seiten über die Lager­ zapfen (6, 7) auf die Verdickung (5) aufgesetzt sind,
daß die beiden Halbschalen (8, 9) von den Lagerstirnsei­ ten bzw. von den Lagerzapfen (6, 7) her mit je einem an­ vulkanisierten Druckring (13, 14) versehen sind und durch axiales Zusammenziehen der Druckringe (13, 14) die Druck­ vorspannung in der Gummischicht (12) der Halbschalen (8, 9) erzeugt wird, die eine feste Verbindung durch Reibungs­ haftung zwischen der Gummischicht (12) und dem Gelenk- Aufnahmeauge (17) sowie dem Innenteil (4) schafft, und
daß Einrichtungen (15, 16) zur Festlegung der Druckringe (13, 14) im axial zusammengezogenen Zustand der beiden Halbschalen (8, 9) am ungeteilten Gelenk-Aufnahmeauge (17) vorgesehen sind.

9. Elastisches Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckringe (13, 14) einen zur Gelenkmitte hin schräg angestellten Flächenbereich aufweisen und
daß die Einrichtung zur Festlegung der Druckringe (13, 14) aus je einem Distanzring (15) und einen in Nuten des Gelenk-Aufnahmeauges (17) eingreifenden Seegerring (16) besteht.

10. Elastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verdickung (5) am Innenteil (4) kugelförmig ist.