DE20019120U1 - Gummilagerbuchse - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Gummilagerbuchse, die bestimmungsgemäß senkrecht zu ihrer Längsachse belastet wird. Solche Gummilager werden als Radiallager bezeichnet. Sie werden umfangreich im Kraftfahrzeugbau verwendet, und hier speziell im Nutzfahrzeugbau als Fahrwerkslager, vor allem für die Hinterachse, eingesetzt.

Lager dieser Art bestehen üblicherweise aus einer zylindrischen Außenhülse, einer zylindrischen Innenhülse und einer zylindrischen Elastomerfeder zwischen diesen beiden Hülsen.

Problematisch bei diesen Lagerbuchsen ist, wie bei den meisten Gummilagern, die Einsatzstandzeit der Elastomerfeder. Wenn die Elastomerfeder zu hart eingestellt wird, vermag sie ihre Aufgabe der Bedämpfung und Abfederung in das Lager einlaufender Schwingungen nicht mehr gerecht zu werden, während sie bei zu weicher Einstellung nach bereits relativ kurzer Zeit einzureißen beginnt.

Zur Entschärfung dieses Zielkonfliktes ist es aus dem landläufigen Stand der Technik bekannt, die Gummifeder von der Mischung her vergleichsweise hart einzustellen, um deren Betriebsstandzeit zu verlängern, in deren Federkörper dann jedoch Öffnungen und Hohlräume unterschiedlichster Konfiguration einzuarbeiten, um durch die so bewirkte Schaffung zusätzlicher Verformungshohlräume im Inneren der Feder trotz einer mechanisch festen und federsteifen Matrix für die Feder insgesamt eine vergleichsweise weiche Kennlinie erzeugen zu können. Solche Abstimmungen führen zwar zu deutlich verbesserten Ergebnissen, nehmen der Gummifeder und mit solchen Gummifedern aufgebauten Lagern jedoch nicht selten die strukturelle Festigkeit, die dann beim Einsatz, insbesondere im Nutzfahrzeugbau, zu Federn und Lagern führt, die keine ausreichende Achsführung mehr gewährleisten, und zwar in allen drei Raumrichtungen.

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Eine Gummilagerbuchse, die in dieser Weise konfiguriert und abgestimmt ist, ist beispielsweise aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 97/35123 A1 bekannt. Die aus Außenhülse, Gummifeder und Innenhülse bestehende Buchse weist insgesamt vier Ausnehmungen auf, und zwar jeweils ein Paar sich axial ebenso wie radial gegenüberliegender Ausnehmungen, die sich jeweils paarweise in die beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Buchse öffnen, also in jeder der beiden Stirnseiten der Buchse jeweils zwei Öffnungen erzeugen.

Bei diesem bekannten Buchsenlager, das ebenfalls insbesondere als Fahrwerkslager Verwendung findet, wird zwar trotz Verwendung eines relativ hart eingestellten Werkstoffs für die Gummifeder eine ausreichend weiche Kennlinie erhalten. Durch das Konfigurieren großer taschenartiger zylindrischer Ausnehmungen, die in der Radialebene in axialer Sicht zu beiden Seiten der inneren Hülse axial ausgerichtet vorgesehen sind, wird erreicht, dass durch solche Hohlräume in den Bereichen, in denen die Belastungsspannungspitzen auftreten, die Möglichkeit zur inneren Verformung des Elastomers geschaffen wird.

Der große Nachteil dieser bekannten Gummilagerbuchse liegt jedoch darin, dass durch die Größe und Konfiguration der erforderlichen Hohlräume die axiale und auch radiale Führungsstabilität der Lager spürbar beeinflusst ist. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Buchsen nicht beliebig groß, sondern als Zielvorgabe besonders klein in ihren Abmessungen konfiguriert werden sollen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, Gummilagerbuchsen der hier erörterten Art sowohl in ihrer axialen Führungsstabilität als auch hinsichtlich ihrer radialen Stabilität trotz Beibehaltung weicher Kennlinien so zu stabilisieren, dass sie auch bei kleinerer Bauweise eine

noch ausreichende Führungsstabilität, insbesondere

Spurführungsstabilität, aufweisen.

Die Erfindung schafft nun zur Lösung dieses Problems eine Gummilagerbuchse, die die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.

Die Gummilagerbuchse gemäss der Erfindung zeichnet sich also vor allem durch nur zwei, axial durchgehend offene Ausnehmungen in der Gummifedermatrix aus, die, die Innenhülse der Lagerbuchse weitgehend umschliessend, an ihren tangentialen Enden, ebenfalls axial durchgehend, so konfiguriert sind, dass sie sich selbst anschlagartig gegen eine Torsion stabilisieren. Gleichzeitig weisen diese Ausnehmungen, die die Innenhülse flächenkomplementär und peripher weitgehend umschliessen, keine axial inneren Kammertrennwände auf, wodurch zudem eine axiale Stabilisierung der Innenhülse der Gummilagerbuchse erreicht wird.

Die Gummilagerbuchse mit den Merkmalen der Erfindung ist also durch den Einsatz einer federsteifen und mechanisch festen Federmatrix auch dynamisch mechanisch dauerbelastbar, zeigt in radialer Richtung eine einfach abstimmbare weiche Federkennlinie und ist dabei gleichzeitig durch die Konfiguration der Ausnehmungen axial und torsional steif.

Durch die rein konfigurativen Merkmale der Gummilagerbuchsen, die Gegenstand der Erfindung sind, kann also eine Stabilisierung der Gummilagerbuchsen erzielt werden, die für die Gummilagerbuchsen nach dem Stand der Technik nur durch eine grössere Dimensionierung der Federmatrix erreicht werden kann. Für ein vorgegebenes Anforderungsprofil kann also das Gesamtbauvolumen der Gummilagerbuchse mit den Merkmalen der Erfindung wesentlich kleiner dimensioniert werden als für eine entsprechende Gummilagerbuchse mit den Konstruktionsmerkmalen nach dem Stand der Technik.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Gummilagerbuchse mit den Merkmalen der Erfindung in Stirnseitensicht; und

Figur 2 das in Figur 1 gezeigte Lager im Axialschnitt.

In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gummilagerbuchse ohne Außenhülse dargestellt, also im entspannten Zustand der Gummifeder, um die Konfiguration der Gummifeder besser darstellen zu können. Nach einem endgültigen Zusammenbau der Gummilagerbuchse ist die Gummifeder unter massiger radialer Vorspannung in der Aussenhülse eingebracht und mit dieser stoffschlüssig verbunden.

Im Einzelnen zeigen die Figuren eine Gummilagerbuchse mit einer hier nicht dargestellten zylindrischen Außenhülse, einer zylindrischen Innenhülse 2 und einer zylindrischen Elastomerfeder 1. Die Elastomerfeder 1 weist zwei Ausnehmungen 3,4 auf, die sich über die gesamte Länge der Gummifeder 1 erstrecken und sich in den Seitenflächen des Lagers diametral einander gegenüberliegend öffnen. Die tangentiale Länge der Ausnehmungen 3,4 im Radialschnitt beziehungsweise im Öffnungsprofil in den Stirnseitenflächen der Gummifeder 1 ist größer als der Außendurchmesser der Innenhülse 2.

Bei Betrachtung im Radialschnitt ist der Konturverlauf der radial gewölbten Ausnehmungen 3,4 der Kontur der Innenhülse, diese gewissermaßen radial außen, d. h. peripher umgreifend, angepasst. Dieses die Innenhülse 2 umschließende Profil ist jedoch nur auf einem zentralen Abschnitt der tangentialen Längserstreckung des Öffnungsprofils ausgebildet. An ihren tangentialen Rändern sind die beiden Ausnehmungen 3,4 jeweils so konfiguriert, dass sie in fließendem Übergang in eine von der Innenhülse sich abkehrende

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Krümmung übergehen, so dass sich in den tangentialen Randbereichen eine nierenförmige Kontur ausbildet. Insgesamt weist die Öffnungskontur der beiden Ausnehmungen 3,4 in der Gummifeder also angenähert und mit weichem Kurvenverlauf die Form der Buchstaben "M" (unten) bzw. "W" (oben) auf, wobei „oben" und „unten" jeweils auf die Richtung des anwendungsbestimmungsgemässen Auflastvektors 18 bezogen sind.

Im Axialschnitt weisen die Ausnehmungen 3,4 im Wesentlichen eine rechteckige Konfiguration auf (Figur 2). An ihren tangentialen Rändern 6,7 sind die Ausnehmungen 3,4 mit zylindrischen Kehlungen konfiguriert, die sich koaxial zur Lagerachse 17 erstrecken.

Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Lager der Erfindung nicht zwei Paar einander gegenüber liegende Ausnehmungen auf, die mittig durch Matrixmaterial der Gummifeder voneinander federnd getrennt sind, sondern weist insgesamt lediglich zwei Ausnehmungen auf, die von einer Stirnseite 8 der Gummifeder bis zur gegenüberliegenden Stirnseite 9 durchgehend ausgebildet sind. Diese "Durchgängigkeit" der Öffnungen soll jedoch nicht ausschließen, dass fertigungstechnisch bedingt, beispielsweise durch das Arbeiten mit gestoßenen Kernen, dünne Materialfahnen stehen bleiben, die gegebenenfalls als Membranen eine oder jeweils beide der durchgehenden Öffnungen zwar gegen ein Hindurchsehen sperren, jedoch in jedem Fall nur so dünn sind, dass sie ohne jeglichen Einfluss auf die Federkennlinie oder das Stabilitätsverhalten der Gummifeder bleiben.

Durch diese Ausgestaltung der Gummifederhülse kann die axiale Führung der Innenhülse gegen ein Verkippen, Versetzen oder

Verziehen der Achse der inneren Federhülse gegenüber der äußeren Federhülse ganz wesentlich reduziert werden. Gleichzeitig wird durch Radialkontur der beiden Ausnehmungen trotz einer radial weichen Lagerung der Innenhülse ein großes Maß an Torsionsfestigkeit der Innenhülse gegenüber der Außenhülse erreicht. Der tendenziell bei umschließenden Öffnungskonturen gegebene Effekt einer Rollbewegung der im Umfang geschlossenen Innenwände der Ausnehmungen bei einwirkenden Drehmomenten, die zwischen der Innenhülse und der Außenhülse auftreten, wirken die in ihren tangentialen Endbereichen entgegengesetzt gekrümmten Ausnehmungsrandabschnitte anschlagartig bremsend entgegen.

Durch die Kombination beider Effekte, dem Auschalten der zum Achskippen führenden Mittenfixierung der Ausnehmungen und der Torsionsstabilisierung durch gegenläufige Ausnehmungskonturen, erreicht die Gummifederhülse mit den Merkmalen der Erfindung bei hoher Materialfestigkeit eine ausreichende radiale Weichheit der Feder bei gleichzeitig hoher Spurstabilisierung sowohl gegenüber einer Destabilisierung der Achsparallelität zwischen Innenhülse und Außenhülse als auch gegenüber einem torsionsbedingten Schwimmen beider Hülsen gegeneinander.

Diese beiden wesentlichen Effekte können dadurch verbessert werden, dass die Gummifeder in ihrem auf dem Außenmantel der Innenhülse 2 aufliegenden Bereich 19 radial gesehen möglichst dünn gestaltet wird, so dass das für die jeweils gestellte Federaufgabe erforderliche Federmaterial praktisch ausschließlich in dem die Ausnehmungen umgebenden Außenring 20 der Feder 1 ausgebildet ist. Dadurch kann insbesondere ein zusätzliches axiales Schwimmen der Gummifederhülse reduziert werden.

In der gut aus Figur 2 ersichtlichen Weise sind zum Auffangen von radialen Durchschlagbelastungen im zentralen Bereich der Hülsenfeder Anschlagringe (10,11) vorgesehen, die bei den für ein solches Lager jeweils vorgesehenen normalen Betriebsbedingungen praktisch nicht miteinander in Berührung geraten. Zu diesem Zweck ist nach der Darstellung der Figur 2 vorgesehen, die auf der radial innen liegenden Ausnehmungswand (13) vorgesehene Ringwulst (10) beziehungsweise den Anschlag (10) in einer ringnutartigen Vertiefung (12) dieser Innenwand (13) auszubilden.

Überraschend ist bei der hier in den Figuren 1 und 2 gezeigten Konfiguration der Gummilagerbuchse weiterhin, dass durch die zylindrische Konfiguration der Längskanten 6,7 der Ausnehmungen 3,4 das Auftreten von Spannungsspitzen und damit die Neigung zur Rissbildung im Federmaterial bei dynamischer Belastung nicht nur in diesem Bereich, sondern auch in den sonst rissgefährdeten Bereichen 14,15 zu beiden Seiten der Innenhülse quer zur bestimmungsgemäßen dynamischen Belastung unterbunden werden kann. Durch die Präsenz der axialen zylindrischen inneren Verformungshohlräume im Auflagerbereich und Widerlagerbereich der einlaufenden dynamischen Kräfte werden die unter einer solchen dynamischen Belastung entstehenden Verformungsspannungen bereits in den verfügbaren Hohlräumen als innere Verformung aufgenommen, gleichsam getilgt, ohne dass wesentliche Spitzenspannungen noch in die weiteren Kompressionsbereiche 14,15 hineinlaufen.

Schließlich kann eine weitere Stabilisierung der Gummifederhülse dadurch erreicht werden, dass in dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel die Federkonturen im entspannten Zustand so dimensioniert sind, dass die Achse 16 der Innenhülse 2 nicht koaxial zur Achse 17 der Außenhülse liegt, sondern, in Richtung der

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bestimmungsgemäßen statischen Belastung der Feder über dieser liegt. Der in Richtung des statischen Lastvektors 18 gemessene Abstand der beiden zueinander parallelen Achsen 16,17 ist dabei konfigurativ so dimensioniert, dass beide Achsen unter dem Einwirken einer bestimmungsgemäß einwirkenden statischen Auflast beide Achsen 16,17 ineinander fallen, also koaxial zueinander sind. Wenn dabei in der ebenfalls aus den Figuren ersichtlichen Weise auch die in Richtung des statischen Auflastvektors untere Ausnehmung 4 im Zentralbereich radial um soviel höher ausgebildet ist, wie der in gleicher Richtung gemessene Abstand der Achsen 16,17 von einander, so wird im Einbauzustand und unter einer anwendungstechnisch vorgegebenen statisch einwirkenden Kraft in der Nulllage der dynamischen Belastung ein Gummifeder-Radiallager

beziehungsweise eine Gummilagerbuchse erhalten, die für ein Höchstmaß an symmetrischer und disipativer Verteilung einlaufender Verformungsspannungen unter dynamischer Last sorgt. Gleichzeitig führt das "Aufsatteln" der Innenhülse auf bzw. zwischen den in Teilbereichen umschließenden Ausnehmungen 3,4 für ein ausgeprägtes spurstabiles Verhalten der Gummifederhülse, und zwar ohne dass dies durch zusätzliches Federmatrixmaterial und damit durch eine Überdimensionierung der Feder eingestellt zu werden braucht.

Claims (8)

1. Gummilagerbuchse, insbesondere Fahrwerklager, speziell für Nutzfahrzeuge, bestehend aus einer zylindrischen Aussenhülse, einer zylindrischen Innenhülse und einer zylindrischen Elastomerfeder zwischen diesen beiden Hülsen mit diametral einander gegenüberliegenden und sich in die Seitenflächen des zylindrischen Lagers öffnenden Ausnehmungen, deren tangentiale Länge im Radialschnitt grösser ist als der Aussendurchmesser der Innenhülse, deren Kontur im zentralen Bereich im Radialschnitt der Aussenkontur der Innenhülse flächenkomplementär angepasst konfiguriert ist, und die, ebenfalls auf den Radialschnitt bezogen, an ihren tangentialen Rändern von axial verlaufenden zylindrischen Kehlungen begrenzt sind, während sie im Axialschnitt eine im wesentlichen rechteckige Konfiguration zeigen, gekennzeichnet durch einen auf den Radialschnitt bezogenen Konturverlauf der Ausnehmungen (3, 4,) zu beiden Seiten des zentralen Bereiches (5), der nicht mehr der Kontur der Innenhülse (2) komplementär folgt, sondern sich im wesentlichen nierenförmig nach radial auswärts wendet, so dass sich die Gesamtkonfiguration jeder der Ausnehmungen (3, 4) im Radialschnitt als kantenfrei gerundet W-förmig (3) beziehungsweise M-förmig (4) darstellt.

2. Gummilagerbuchse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausnehmungen (3, 4), die sich beidseitig offen durch die Elastomerfeder (1) hindurch erstrecken.

3. Gummilagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Umschliessung der Innenhülse (1) durch den radialen Zentralbereich (5) der Ausnehmungen (3, 4) auf einer Bogenstrecke im Winkelbereich von 50° bis 160°.

4. Gummilagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine grössere radiale Höhe der in Richtung eines bestimmungsgemäss einwirkenden Auflastvektors (18) untenliegenden Ausnehmung (4) bei nicht belasteter Gummilagerbuchse.

5. Gummilagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine axial mittig in der untenliegenden Sohle der unteren Ausnehmung (4) ausgebildete breitere ringnutartige Vertiefung (12), in der ein nach radial einwärts vorspringender Ringsteg (10) ausgebildet ist, der mit einem entsprechend konfigurierten und nach radial auswärts vorspringenden Ringstegabschnitt (11) an der oberen Wand der Ausnehmung (4) als weicher Progressionsanschlag zusammenwirken kann.

6. Gummilagerbuchse nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen axial zentral um die gesamte Innenwand der unteren Ausnehmung umlaufenden Ringsteg (10, 11), der in den im Radialschnitt tangential äusseren, radial auswärts ausgerichteten Profilabschnitten (6', 7') zumindest einer der beiden Ausnehmungen (4) membranartig und nach Massgabe der Abstimmerfordernisse weitgehend geschlossen konfiguriert ist und die Ausnehmung nur in dem zentralen Bereich (5') offenhält, der die Innenhülse (2) formkomplementär umschliessend ausgebildet ist.

7. Gummilagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Dimensionierung der radialen Stärke der jeweils der Innenhülse (2) anliegenden Wandungsabschnitte (19) der Ausnehmungen (3, 4) aus abstimmungstechnischen Gründen so dünn wie möglich, dabei jedoch gleichzeitig so stark wie nötig, um dem Einschiessen oder anderweitigen nachträglichen Einsetzen der Innenhülse in eine Innenbohrung der Elastomerfeder schadlos standzuhalten.

8. Gummilagerbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine exzentrische Anordnung der Mittelachse (16) der Innenhülse (2) über der Mittelachse (17) der Elastomerfeder (1), bezogen auf die bestimmungsgemässe Einbaulage des Lagers und die z-Achse des Fahrzeugs.