DE10261756A1

DE10261756A1 - Elastomerlager sowie Verfahren zur Einstellung dessen Dämfpungscharakteristik

Info

Publication number: DE10261756A1
Application number: DE2002161756
Authority: DE
Inventors: Ralf Berner
Original assignee: Vorwerk Autotec GmbH and Co KG
Current assignee: Vorwerk Autotec GmbH and Co KG
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager (1) sowie ein Verfahren zur Einstellung dessen Dämpfungscharakteristik. Das Elastomerlager umfasst ein metallenes Innenteil (2), ein metallenes Außenteil (3) sowie zwischen Innenteil und Außenteil angeordnete Gummifedern (4). Dazwischen befinden sich mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte Arbeitskammern (6), die über einen Drosselkanal (7) miteinander verbunden sind. Das Innenteil (2) ist als Aluminium-Strangpressprofil mit axial durchgehenden Verformungskanälen (8) ausgebildet, durch deren Aufweitung im Bereich der plastischen Verformung eine radiale Vorspannung der Gummifedern und/oder eine Einstellung der Dämpfungscharakteristik des Elastomerlagers (1) erzielbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager, insbesondere als Radiallager zur Schwingungsdämpfung an KFZ-Fahrwerken, mit einem metallenen Innenteil, einem metallenen Außenteil sowie wenigstens einem zwischen Innenteil und Außenteil angeordneten Elastomerkörper, wobei das Innenteil wenigstens eine Durchführung zur Aufnahme eines Zapfens oder Bolzens, Schraube oder dergleichen des zu lagernden Bauteils aufweist.
Derartige Elastomerlager werden zur Verbesserung des Fahrkomforts in KFZ eingesetzt. Diese sollen störende Schwingungen im Fahrwerk eliminieren. Beispielsweise die Querlenker eines KFZ sind üblicherweise mit wenigstens einem Anbindungspunkt über ein Elastomerlager am Chassis des KFZ angelenkt.
Aus der DE 199 23 698 A1 ist beispielsweise ein Querlenker bekannt, der an einer Lagerstelle zur Aufnahme eines Hydrolagers ausgebildet ist, wobei unter Hydrolager ein hydraulisch dämpfendes Elastomerlager zu verstehen ist. Lager dieser Art bestehen aus einer metallenen Innenbuchse und einem metallenen Außenteil, die über einen oder mehrere Elastomerkörper miteinander verbunden sind. In dem Elastomerkörper sind mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte Arbeitskammern vorgesehen, die über einen Dämpfungskanal oder einen Drosselkanal miteinander verbunden sind. Wird das Lager (Radialbuchse) radial belastet, so erfährt eine der Arbeitskammern eine Volumenverringerung, die andere Kammer eine entsprechende Volumenvergrößerung. Durch den Transport der Dämpfungsflüssigkeit von einer zur anderen Kammer wird Dämpfungsarbeit geleistet. Anstelle solcher sogenannter Komfortlager werden aber auch konventionelle Elastomerlager verwandt, bei denen die Dämpfung nur über eine Verformung des Elastomerkörpers erzielt wird.
Üblicherweise werden die Federraten und zulässigen Federwege des Elastomerlagers konstruktiv vor der Bauteilherstellung festgelegt. Beispielsweise ist die Federrate durch die Auswahl der Gummihärte gezielt beeinflussbar. Eine gezielte Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften des Lagers ist beispielsweise bei hydraulisch dämpfenden Lagern nach deren Fertigstellung durch die Auswahl des Dämpfungsmediums möglich. Eine nachträgliche Beeinflussung der Federkennlinie und/oder der Dämpfungseigenschaften ist nur sehr eingeschränkt möglich.
Es ist beispielsweise bekannt, Schrumpfspannungen in den Elastomerkörpern bzw. Gummikörpern, die bei der Abkühlung desselben bei dessen Herstellung entstehen, durch nachträgliches Kalibrieren des Elastomerlagers zu reduzieren oder ganz zu beseitigen. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass das Außenteil des Elastomerlagers durch ein geeignetes Werkzeug dauerhaft so verformt wird, dass der Elastomerkörper so unter Vorspannung gesetzt wird, dass die Schrumpfspannungen kompensiert werden.
Diese Vorgehensweise ist mit dem Nachteil behaftet, dass sie nicht für Bauteile mit verhältnismäßig massivem oder schwer verformbarem Außenteil oder Außenkörper verwendbar ist. In diesem Fall müssen Schrumpfspannungen in dem oder den Elastomerkörpern in Kauf genommen werden. Diese haben eine verkürzte Lebensdauer des Lagers zur Folge, da die Reißfähigkeit des Elastomer- bzw. Gummikörpers über Gebühr in Anspruch genommen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerlager der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine möglichst einfache und zuverlässige Kalibrierung möglich ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Kalibrierung von Elastomerlagern zu schaffen.
Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Elastomerlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Elastomerlager zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenteil radial verstellbar und/oder verformbar ausgebildet ist und dass über die Verstellbarkeit und/oder Verformbarkeit des Innenteils eine radiale Vorspannung des Elastomerkörpers erzeugbar ist. Hieraus ergeben sich in Bezug auf die verbesserte Einstellbarkeit und nachträgliche Veränderbarkeit der Federcharakteristika des Lagers gleich eine Reihe von Vorzügen. Die Lagercharakteristik kann in unterschiedliche Raumrichtungen unabhängig voneinander eingestellt werden. Das Lager lässt sich selbst dann noch einstellen, wenn es in eine Lageraufnahme eingesetzt bzw. vormontiert ist. Eine nachträgliche Einstellung von Federrate, Federweg oder Federvorspannung lässt sich selbst dann erzielen, wenn das Außenteil nicht zugänglich ist oder schwer oder gar nicht verformbar ist.
Beispielsweise kann das Innenteil des Lagers geschlitzt sein, sodass eine Kalibrierung durch Aufweiten des Innenteils möglich ist. Die Kalibrierung des Lagers kann auf diese Art und Weise aber auch im Zusammenwirken beispielsweise mit dem Zapfen des zu lagernden Bauteils erzielt werden. Die Passung von Zapfen des Bauteils und Durchführung des Innenteils kann so gewählt werden, dass eine Kalibrierung durch die Montage und während der Montage des Lagers erzielt wird.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Elastomerlagers ist vorgesehen, dass das Innenteil wenigstens einen sich über die gesamte Höhe desselben erstreckenden Verformungskanal aufweist, der mit einem Dorn oder dergleichen Werkzeug im Bereich der plastischen Verformung aufweitbar ist.
Insbesondere wenn eine Vielzahl in Umfangrichtung verteilt angeordneter Verformungskanäle vorgesehen ist, lässt sich eine besonders einfache nachträgliche Manipulation der Federraten und gegebenenfalls der hydraulischen Dämpfung erzielen.
Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle in Abhängigkeit einer zu erzielenden Federcharakteristik des Elastomerkörpers gewählt ist. Wie eingangs bereits erwähnt, lassen sich hierdurch die Federrate und der Federweg beeinflussen.
Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle so gewählt ist, dass das Lager durch Aufweitung der Verformungskanäle zusätzlich mindestens kraftschlüssig auf dem Zapfen des zu lagernden Bauteils festlegbar ist.
Die Verformungskanäle können beispielsweise querschnittlich nierenförmig oder rund ausgebildet sein.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Elastomerlagers wird das Außenteil desselben durch die Lageraufnahme am Einbauort gebildet, was insoweit besonders vorteilhaft ist, als ein Bauteil eingespart wird. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Konstruktion besonders preiswert.
Das erfindungsgemäße Lager kann als hydraulisch dämpfendes Lager ausgebildet sein, welches mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Kammern umfasst, die über wenigstens einen Drosselkanal miteinander kommunizieren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Elastomerlagers der eingangs genannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Innenteil des Lagers an vorgegebenen Stellen über dessen Umfang definiert radial aufgeweitet wird, und zwar wenigstens zur Kompensation etwa in dem Elastomerkörper vorhandener Schrumpfspannungen. Die Aufweitung kann mittels eines Dorns oder dergleichen Werkzeugs erfolgen, wie vorstehend bereits erwähnt. Hierbei können über den Umfang des Innenteils ein oder mehrere Dorne verwendet werden, die auch als verlorenes Werkzeug dauerhaft in dem Innenteil des Lagers verbleiben können.
Alternativ ist es möglich, das Innenteil des Lagers hydraulisch aufzuweiten, beispielsweise mittels Wasser unter Hochdruck.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand von vier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Elastomerlager gemäß der Erfindung unmittelbar nach dessen Herstellung,
2 einen Schnitt entlang der Linien II-II in 1,
3 einen Querschnitt durch das in 1 dargestellte Elastomerlager nach Vorspannung der Elastomerkörper,
4 einen Querschnitt durch ein Elastomerlager gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 einen Schnitt durch das Lager in 4 entlang der Linien V-V,
6 einen Querschnitt durch das in 4 dargestellte Elastomerlager nach Vorspannung der oder des Elastomerkörpers,
7 einen Schnitt durch ein Elastomerlager nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ,
8 einen Schnitt durch das in 7 gezeigte Elastomerlager entlang der Linien VIII-VIII,
9 einen Querschnitt durch das in 7 gezeigte Elastomerlager nach Verformung des Innenteils,
10 einen Querschnitt durch ein Elastomerlager gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
11 einen Schnitt durch das Lager entlang der Linien XI-XI in 10 und
12 einen Querschnitt durch das in 10 dargestellte Elastomerlager nach Verformung des Innenteils.
Das Elastomerlager 1 gemäß der Erfindung besteht aus einem metallenen Innenteil 2 bzw. Lagerkern, einem metallenen Außenteil und zwei zwischen diesen angeordneten Gummifedern 4 als Elastomerkörper. Die Gummifedern 4 können dabei als zwei körperlich voneinander getrennte Bauteile ausgebildet oder einteilig miteinander verbunden sein. In der Regel wird letzteres der Fall sein, wobei die diese verbindende Elastomerschicht gleichzeitig die äußere Abdeckung des Innenteils 2 bildet. Der die Gummifedern 4 umfassende Elastomerkörper ist üblicherweise aus Gummi zwischen das Innenteil und das Außenteil 2, 3 vulkanisiert. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Innenteil und das Außenteil als Aluminiumhülsen ausgebildet, wobei vorzugsweise das Innenteil 2 als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildet ist. Das Innenteil 2 weist eine zentrale Durchführung 5 zur Aufnahme eines Lagerzapfens oder einer Schraube eines zu lagernden Bauteils auf.
Das Elastomerlager 1 gemäß der Erfindung ist als hydraulisch dämpfendes Radiallager (Radialbuchse) ausgebildet, welches mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte, gegenüberliegend angeordnete Arbeitskammern 6 aufweist. Die Arbeitskammern 6 sind über einen Drosselkanal 7 miteinander verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Gummifedern 4 und zwei Arbeitskammern 6 diametral gegenüberliegend angeordnet. Der Drosselkanal 7 ist, wie dies aus 2 beispielsweise ersichtlich ist, in Umfangsrichtung durch eine zwischen Außenteil 3 und Innenteil 2 angeordnete, auch als Fensterring bezeichnete Zwischenhülse 2a geführt.
Eine Radialbewegung eines in die Durchführung 5 eingesetzten Lagerzapfens hat eine Verformung der Gummifedern 4 derart zur Folge, dass jeweils eine Volumenänderung der Arbeitskammern 6 eintritt, woraufhin dann Dämpfungsflüssigkeit von der einen Arbeitskammer 6 in die jeweils andere Arbeitskammer 6 über den Drosselkanal 7 transportiert wird.
Das Innenteil 2 des Elastomerlagers 1 ist im Falle des ersten Ausführungsbeispiels mit vier nierenförmig querschnittlichen Verformungskanälen 8 durchsetzt.
Zur Einstellung der Federkennlinie der Gummifedern 4 oder zur Kompensation etwa in diesen vorhandenen Schrumpfspannungen werden die Verformungskanäle 4 mittels eines geeigneten Werkzeuges in den Bereich der plastischen Verformung auf geweitet, wie dies beispielsweise in 3 dargestellt ist. Hierdurch werden die gegenüberliegend angeordneten Gummifedern 4 vorgespannt. Im Falle des in den 1-3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels wird hierdurch auch der Querschnitt der Durchführung 5 um ein definiertes Maß verändert.
Das Elastomerlager 1 kann sowohl mit eingestecktem Lagerzapfen als auch ohne eingesteckten Lagerzapfen eingestellt werden. Bei ersterer Variante erfolgt gleichzeitig eine kraftschlüssige Festlegung des Elastomerlagers 1 auf dem betreffenden Lagerzap fen.
Es ist ohne weiteres nachvollziehbar, dass die Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle 8 in Abhängigkeit von der zu erzielenden Feder- bzw. Dämpfungscharakteristik des Elastomerlagers gewählt werden kann.
Eine andere Variante des Elastomerlagers 1 gemäß der Erfindung ist beispielsweise in den 4-6 dargestellt. Dort, wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen, sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem Elastomerlager gemäß zweitem Ausführungsbeispiel der Erfindung (4-6) ist die Durchführung 5 des Innenteils 2 mit einem Innensechskant-Profil versehen. Das Innensechskant-Profil wird durch einen Elastomereinsatz 10 gebildet, der bei der Herstellung des Lagers mit eingeformt wurde bzw. innerhalb der Durchführung 5 an das Innenteil 2 anvulkanisiert ist. Das Innenteil 2 ist weiterhin mit einer Vielzahl kreisringförmig angeordneter Verformungskanäle 8 versehen. Diese Verformungskanäle haben einen kreisförmigen Ausgangsquerschnitt (4). Nach deren Verformung mittels Kalibrierdorn (6) besitzen die Verformungskanäle 8 einen etwa ovalen Querschnitt. Die Vielzahl und Größe der vorgesehenen Verformungskanäle 8 erlaubt eine Einstellung des Elastomerlagers 1 über dessen gesamten Umfang oder auch nur über einen genau festlegbaren Bogenabschnitt dessen Umfangs.
Bei dem in den 7-8 dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Außenteil 3 durch eine Lageraufnahme 9 gebildet. Ein separates Außenteil in Form einer Metallhülse entfällt. In diesem Falle erfolgt die Kalibrierung oder Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik des Elastomerlagers 1 in einem in die Lageraufnahme eingesetzten Zustand.
Wie anhand des in den 10-12 dargestellten Ausführungs beispiels verdeutlicht wird, ist auch bei der in den 7-9 gezeigten Variante des Elastomerlagers 1 weitestgehend Freiheit bei der Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle 8 gegeben.

1: Elastomerlager
2: Innenteil
2a: Zwischenhülse
3: Außenteil
4: Gummifedern
5: Durchführung
6: Arbeitskammern
7: Drosselkanal
8: Verformungskanäle
9: Lageraufnahme
10: Elastomereinsatz

Claims

Elastomerlager insbesondere als Radiallager zur Schwingungsdämpfung an KFZ-Fahrwerken, mit einem metallenen Innenteil, mit einem metallenen Außenteil sowie wenigstens einem zwischen Innenteil und Außenteil angeordneten Elastomerkörper, wobei das Innenteil wenigstens eine Durchführung zur Aufnahme eines Zapfens oder Bolzens, Schraube oder dergleichen des zu lagernden Bauteils aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass das Innenteil (2) radial verstellbar und/oder verformbar ausgebildet ist und dass über die Verstellbarkeit und/oder Verformbarkeit des Innenteils (2) eine radiale Vorspannung des Elastomerkörpers erzeugbar ist.
Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) wenigstens einen sich über die gesamte Höhe desselben erstreckenden Verformungskanal (8) aufweist, der mit einem Dorn oder dergleichen Werkzeug im Bereich der plastischen Verformung aufweitbar ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, dass das Innenteil (2) mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Verformungskanäle (8) aufweist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle (8) in Abhängigkeit von einer zu erzielenden Federcharakteristik des Elastomerkörpers gewählt ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung und Ausbildung der Verformungskanäle (8) so gewählt ist, dass das Lager durch Aufweitung der Verformungskanäle (8) zusätzlich mindestens kraftschlüssig auf dem Zapfen des zu lagernden Bauteils festlegbar ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungskanäle (8) querschnittlich nierenförmig, oval oder rund ausgebildet sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (3) durch eine Lageraufnahme am Einbauort gebildet wird.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es als hydraulisch dämpfendes Lager ausgebildet ist, das mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Arbeitskammern 6 aufweist, die über wenigstens einen Drosselkanal (7) miteinander kommunizieren.
Elastomerlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenteil (2) und dem Außenteil (3) eine Zwischenhülse (2a) vorgesehen ist, die die Einfassung des Elastomerkörpers bildet.
Verfahren zur Einstellung der Dämpfungscharakteristik eines Elastomerlagers mit den Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil des Lagers an vorgegebenen Stellen dessen Umfang definiert im Bereich der plastischen Verformung radial aufgeweitet wird.