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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung aufweisend eineLagerbuchse und ein in die Lagebuchse eingesetztes Gummi-Feststoff-Lager gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist der Einsatz der Kraftfahrzeugtechnik von Gummi-Feststoff-Lagern bekannt. Beispielsweise an Fahrwerkskomponenten und hier konkret zur Anbringung von Achshilfsrahmen oder Lenkern eines Kraftfahrzeugfahrwerkes werden solche Lageranordnungen eingesetzt, jedoch auch zur Aufhängung von Motoren oder anderen Peripherieteilen eines Kraftfahrzeuges werden entsprechende Gummi-Feststoff-Lager eingesetzt.
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Aus dem Stand der Technik ist die
DE 10 2009 051 159 A1 bekannt. Hierbei ist eine Buchse zur Aufnahme eines Gummi-Feststoff-Lagers ausgebildet. In der Buchse sind nach innen gerichtete Vorsprünge vorhanden. Ein Gummi-Feststoff-Lager wird in die Buchse eingepresst. Die Vorsprünge greifen dann formschlüssig in Vertiefungen des Gummi-Feststoff-Lagers ein und sorgen somit für einen festen Lagersitz in der Buchse.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsbildende Lageranordnung hinsichtlich des Einpressvorganges zu verbessern sowie eine höhere Lebensdauererwartung im Betrieb zu erreichen und die Auspresskraft zu erhöhen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Lageranordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die zuvor genannten und nachfolgend erläuterten Aspekte der Erfindung können einzeln oder in Gänze beliebig untereinander kombiniert werden, ohne dabei den Offenbarungsgehalt dieser Erfindung zu verlassen. Die Lageranordnung wird dabei an einem Kraftfahrzeugbauteil angeordnet bzw. ist an diesem ausgebildet. Beispielsweise an einem Achsbauteil und hier insbesondere an einem Lenker. Auch kann die Lageranordnung an einem Achshilfsrahmen oder einer Motoraufhängung angeordnet sein.
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Die Lageranordnung weist dazu eine Lagerbuchse auf, welche auch Buchse genannt werden kann. Die Lagerbuchse ist bevorzugt aus einem rohrförmigen Körper oder einem Rohrstück hergestellt. In die Lagerbuchse wird ein Gummi-Feststoff-Lager eingesetzt, insbesondere eingepresst. Das Gummi-Feststoff-Lager selbst weist eine äußere Hülse auf und bevorzugt eine innere Hülse, wobei zwischen äußerer Hülse und innerer Hülse ein Elastomerwerkstoff angeordnet ist, welcher insbesondere durch Vulkanisation mit innerer und äußerer Hülse verbunden ist.
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Die Lagerbuchse selbst ist insbesondere aus einem harten Werkstoff und bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, ganz besonders bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Die Lagerbuchse ist dann bevorzugt mit dem Kraftfahrzeugbauteil gekoppelt. Die äußere Hülse des Gummi-Feststoff-Lagers ist aus einem in Relation dazu weicheren Werkstoff, beispielsweise einem Leichtmetallwerkstoff und ganz besonders bevorzugt aus einem Kunststoffwerkstoff hergestellt.
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Damit nunmehr nach Abschluss des Einpressvorganges ein fester Sitz des Lagers in der Lagerbuchse bereitgestellt ist und auch erhöhte Auspresskräfte benötigt werden, sind in der Lagerbuchse nach innen gerichtete Vorsprünge ausgebildet. In der äußeren Hülse sind komplementär dazu Vertiefungen ausgebildet. Die Vertiefungen sind gegenüber einer Außenmantelfläche der äußeren Hülse in Radialrichtung nach innen zurückversetzt ausgebildet. Bei Abschluss des Einpressvorganges greifen die Vorsprünge formschlüssig in die Vertiefungen, so dass das Gummi-Feststoff-Lager in der Lagerbuchse eingerastet ist. Das Gummi-Feststoff-Lager ist zusätzlich mit einem Presssitz zwischen äußerer Hülse und Lagerbuchse in der Lagerbuchse gehalten. Dies sorgt für einen verbesserten Sitz und erhöhte Auspresskräfte des Gummi-Feststoff-Lagers in der Lagerbuchse.
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Die Vorsprünge selbst können dabei als Rastzungen bzw. Rastlippen ausgebildet sein. Sie sind insbesondere in einem Winkel zu einer Parallelen der Axialrichtung der Lagerbuchse angeordnet. Die Vorsprünge können insbesondere durch einen Stanz- oder Umformvorgang hergestellt sein. Der Winkel, mit welchem die Vorsprünge zu einer Mantelfläche der Lagerbuchse angeordnet sind, beträgt bevorzugt 1 bis 30 Grad, insbesondere 2 bis 20 Grad und ganz besonders bevorzugt 3 bis 15 Grad.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr in einer ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass in der Lagerbuchse radial umlaufend mehrere Vorsprünge angeordnet sind, wobei jeweils zwei in Radialrichtung umlaufend benachbarte Vorsprünge in Axialrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. In Axialrichtung selbst auf einer jeweiligen Parallelen zur Axialrichtung, ist jedoch immer nur ein Vorsprung ausgebildet. Radial versetzt dazu ist dann zumindest auf einer Seite bevorzugt, links- und rechtsseitig jeweils ein benachbarter Vorsprung ausgebildet. Dieser jeweils benachbarte Vorsprung ist dann in Axialrichtung auf einer anderen Höhe mithin versetzt ausgebildet.
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Dies bietet erfindungsgemäß den Vorteil, dass nicht wie beim Stand der Technik, bei dem zwei Vorsprünge auf einer Axialrichtung hintereinander in Einschubrichtung ausgebildet sind, dass ein erster Vorsprung während des Einschiebevorganges in eine erste Vertiefung eingreift, über die Vertiefung hinweggeschoben wird und dann in eine zweite Vertiefung eingreift. Hierdurch könnte es sein, dass sich dies negativ auf den formschlüssigen Sitz der in Einschubrichtung ersten Vertiefung auswirkt, beispielsweise indem hier die Vertiefung ausgefranst wird bzw. Teile der Vertiefung wegbrechen.
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Erfindungsgemäß gelangt beim Einschiebevorgang nur ein Vorsprung in eine Vertiefung.
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Somit sind komplementär zu den radial und axial versetzten Vorsprüngen auf der Außenmantelfläche der äußeren Hülse auch versetzt zueinander Vertiefungen ausgebildet. In Axialrichtung ist immer nur eine Vertiefung angeordnet.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass ein unbeabsichtigtes Verformen eines Vorsprunges während des Passierens und Überschreitens einer ersten Vertiefung, ebenfalls vermieden wird.
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Ein weiterer eigenständiger Aspekt der Erfindung, der jedoch auch mit den zuvor genannten und nachfolgend beschriebenen Aspekten kombiniert werden kann, sieht vor, dass die Vertiefungen in Axialrichtung eine Länge aufweisen. Ebenfalls weisen die Vorsprünge in Axialrichtung eine Länge auf. Die Länge der Vorsprünge ist jedoch insbesondere 0,1 bis 0,3, ganz besonders bevorzugt 0,15 bis 0,25-mal kürzer als die Länge der Vertiefung. Weist z. B ein Vorsprung eine Länge von 6 mm auf, so kann die Vertiefung eine Länge von 7 oder auch 7,7 mm aufweisen.
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Wenn das Gummi-Feststoff-Lager vollständig in die Lagerbuchse eingeschoben ist, greift der Vorsprung formschlüssig in die Vertiefung. Ein Teil der Stirnseite des Vorsprunges steht dabei direkt in Kontakt mit einem Teil der Vertiefung. Dadurch wird die Auspresskraft erhöht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Vertiefung in ihrem Längsschnitt nicht dreieckförmig konfiguriert ist. Vielmehr weist die Vertiefung in dem Längsschnitt in Einschieberichtung eine erste Schräge auf sowie eine darauffolgende in Einschubrichtung zweite Schräge. Dies bedeutet, mit der ersten Schräge vertieft sich die Vertiefung von der Außenmantelfläche in Radialrichtung nach innen. Mit der zweiten Schräge geht die Vertiefung wiederum von der inneren Radialrichtung zur Außenmantelfläche der äußeren Hülse über. Zwischen den zwei Schrägen kann sich insbesondere eine Gerade befinden. Die Gerade verläuft parallel zur Axialrichtung der äußeren Hülse.
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Besonders bevorzugt weist die erste Vertiefung einen Winkel zwischen 20 und 40 Grad, bevorzugt 25 bis 35 Grad und ganz besonders bevorzugt von 30 Grad zu einer Mantelfläche der äußeren Hülse auf. Ein solcher Winkel ermöglicht es, dass beim Einschieben der Vorsprung sanft aufgrund seines Rückfederungseffektes in die Vertiefung eingeführt wird und somit nicht schlagartig oder schnappartig in den Grund der Vertiefung schlägt bzw. zurückfedert.
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Der in Einschubrichtung zweite Vorsprung sorgt mit einem relativ dazu größeren Winkel dafür, dass eine Anlagenfläche bzw. Stirnfläche für ein axiales Ende des Vorsprunges bereitgestellt wird. Der Winkel der zweiten Schräge ist bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 60 Grad, insbesondere 45 bis 55 Grad, ganz besonders bevorzugt von ca. 50 Grad angeordnet. Trifft somit das stirnseitige Ende des Vorsprunges auf die zweite Schräge, so stehen bevorzugt die Flächen mithin die Stirnflächen des axialen Endes des Vorsprunges sowie die zweite Schräge flächig bzw. bündig aneinander. Eine optimale Kraftleitung zur Erhöhung der Auspresskraft ist gegeben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Lagerbuchse an oder in einem Kraftfahrzeugbauteil angeordnet ist. Neben der Tatsache, dass die Lageranordnung um die Axialrichtung einen Drehfreiheitsgrad bereitstellt, wirkt bevorzugt eine Hauptkraftrichtung in Radialrichtung der Lageranordnung. Beispielsweise bei einem Stablenker an einer Achse eines Kraftfahrzeugs und endseitig angeordneter Lageranordnung ist bevorzugt die Axialrichtung der Lageranordnung im Wesentlichen quer zur Längsrichtung des Stablenkers ausgebildet. Eine axiale Druck- bzw. Zugkraft, die über den Stablenker übertragen wird, wirkt somit in Längsrichtung des Stablenkers, welche somit in Radialrichtung der Lageranordnung wirkt. Es hat sich dabei als erfindungsgemäß vorteilig erwiesen, wenn in der Hauptrichtung der Kraftwirkung in der Lageranordnung keine Vorsprünge und Vertiefungen vorhanden sind, so dass die volle Fläche zwischen Außenmantelfläche der äußeren Hülse und Innenmantelfläche der Lagerbuchse zur Kraftübertragung zur Verfügung steht. Somit sind bevorzugt in einem Winkelbereich von weniger als plus 45 und weniger als minus 45 Grad jeweils zu einer Hauptrichtung der Krafteinleitung keine Vorsprünge und Vertiefungen ausgebildet. Dies ist insbesondere vorteilig bei Druckkräften. Optional sind auf der in Radialrichtung gegenüberliegenden Seite der Hauptrichtung der Krafteinleitung in der Lageranordnung in einem Winkelbereich von kleiner plus 45 Grad und kleiner minus 45 Grad ebenfalls keine Vertiefungen und Vorsprünge ausgebildet. Dies ist insbesondere vorteilig bei in Längsrichtung des Stablenkers wirkenden Zugkräften.
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Insbesondere wird die Anzahl der zu verwendenden Vorsprünge abhängig gemacht vom Durchmesser des Gummi-Feststoff-Lagers. Beispielsweise bei einem 80 mm Durchmesser, können umlaufend verteilt 8 Vorsprünge, mithin pro Seite 4 Vorsprünge vorgesehen sein. Bei einem Durchmesser von 100 mm können umlaufend verteilt 10 oder mehr Rastnasen vorgesehen sein, mithin pro Seite 5 Rastnasen. Die jeweilige Seite bezieht sich insbesondere auf die Erläuterung zu nachfolgender 6.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden anhand der schematischen Figuren erläutert. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung,
- 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gummi-Feststoff-Lager,
- 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lagerbuchse,
- 4 eine Detailschnittansicht von Vorsprung und Vertiefung,
- 5 eine erfindungsgemäße Lagerbuchse in Draufsicht und
- 6 ein Kraftfahrzeugbauteil mit Lagerbuchse in Draufsicht.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 bis 3 zeigen eine erfindungsgemäße Lageranordnung 1, wobei in 1 die Lageranordnung 1 selbst gezeigt ist, in 2 das Gummi-Feststoff-Lager 2 und in 3 die Lagerbuchse 3. Das in 2 dargestellte Gummi-Feststoff-Lager 2 wird in die in 3 dargestellte Lagerbuchse 3 eingeschoben, insbesondere eingepresst, so wird dadurch die in 1 dargestellte Lageranordnung 1 hergestellt. Alle Darstellungen gemäß 1 bis 3 sind eine Längsschnittansicht.
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Die Lagerbuchse 3 ist als Rohrstück bzw. umlaufender Rohrkörper ausgebildet und weist eine Wandung 4 auf. Der Rohrkörper ist bevorzugt als Bandmaterial hergestellt und dann geschweißt oder geclincht. In der Wandung 4 sind Vorsprünge 5 in Form von in einen Innenraum 6 der Lagerbuchse 3 orientierten Rastlippen bzw. Rastnasen ausgebildet.
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Hier ist insbesondere in 3 ein erster Aspekt der Erfindung gezeigt, wonach in Axialrichtung A bzw. in einer jeweiligen Parallelen zur Mittellängsachse 7 versetzt immer nur ein Vorsprung 5 ausgebildet ist. Es sind somit in Axialrichtung A nie zwei oder mehr Vorsprünge 5 direkt hintereinander angeordnet. Alle dargestellten Vorsprünge 5 sind somit radial umlaufend zueinander versetzt und auf die Axialrichtung A jeweils ebenfalls zueinander versetzt. Optional kann die Lagerbuchse 3 an einem oberen Ende 8 eine Aufweitung 9 aufweisen. Dies ermöglicht, ein einfaches Ansetzen und Einpressen des Gummi-Feststoff-Lagers 2 in Axialrichtung A.
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Das in 2 dargestellte Gummi-Feststoff-Lager 2 weist eine äußere Hülse 10 sowie eine in der äußeren Hülse 10 angeordnete innere Hülse 11 auf, wobei dazwischen eine jeweilige Gummi- bzw. Elastomerschicht 12 ausgebildet ist. In der äußeren Hülse 10, insbesondere in einer Außenmantelfläche 13 der äußeren Hülse 10 sind Vertiefungen 14 ausgebildet. Nach Beendigung des Einpressvorganges sind die Vertiefungen 14 komplementär zu den Vorsprüngen 5 ausgebildet, so dass ein jeweiliger Vorsprung 5 formschlüssig in eine Vertiefung 14 greift. Somit sind auch die Vertiefungen 14 radial umlaufend versetzt zueinander angeordnet. Ebenfalls sind jeweils zwei zueinander benachbarte Vertiefungen 14 in Axialrichtung A zueinander versetzt. Es ist jeweils in Axialrichtung A immer nur eine Vertiefung 14 auf einer Parallelen zur Mittellängsachse 7 angeordnet. Bei Einschieben des Gummi-Feststoff-Lagers 2 in die Lagerbuchse 3 passiert somit ein Vorsprung 5 nur eine Vertiefung 14.
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An einem oberen Ende der äußeren Hülse 10 kann optional ein nach außen abstehender Kragen 15 vorhanden sein. Dieser kann bei Ende des Einpressvorganges ein Widerlager bzw. Endanschlag ausbilden.
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Gemäß 1 sind dann die jeweiligen Vorsprünge 5 in die Vertiefungen 14 formschlüssig eingreifend, so dass das Gummi-Feststoff-Lager 2 in der Lagerbuchse 3 zum einen reibschlüssig aufgrund einer Presspassung gehalten ist. Zusätzlich ist es formschlüssig verriegelt, so dass insbesondere in Auspressrichtung 16, welche gegensätzlich zu in den 3 dargestellten Einpressrichtung 17 gerichtet ist, eine erhöhte Auspresskraft aufgrund des formschlüssigen Eingriffes von Vorsprüngen 5 in den Vertiefungen 14 realisiert ist.
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4 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Lageranordnung 1, wobei hier der Vorsprung 5 in eine entsprechende Vertiefung 14 eingreift. In der Wandung 4 der Lagerbuchse 3 ist vorzugsweise durch einen Stanzvorgang ein entsprechender Vorsprung 5 als Rastzunge bzw. Rastlippe in Richtung eines Innenraums 6 der Lagerbuchse 3 nach innen verformt. Wird nunmehr die äußere Hülse 10 in Einpressrichtung 17 eingepresst, so passiert sie den Vorsprung 5. Der Vorsprung 5 ist hierzu insbesondere mit einem Winkel δ zur Wandung 4 der Lagerbuchse 3 von bevorzugt 1 bis 30 Grad in Richtung des Innenraumes 6 zeigend als Rastzunge ausgebildet.
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Es ist in Einpressrichtung eine erste Schräge 18 vorgesehen, welche mit einem Winkel α zur Außenmantelfläche 13 orientiert angeordnet ist. Dieser Winkel α beträgt bevorzugt 20 bis 40 Grad, insbesondere 25 bis 55 Grad und ganz besonders bevorzugt ca. 30 Grad. Eine in Einpressrichtung 17 zweite Schräge 19 ist in einem Winkel β angeordnet. Dieser Winkel β beträgt bevorzugt 40 bis 60 Grad, insbesondere 40 bis 55 Grad und ganz besonderes bevorzugt ca. 50 Grad zur Außenmantelfläche 13. Diese beiden Schrägen 18, 19 sind von einer Geraden 20 verbunden. Die Gerade 20 erstreckt sind parallel zur Außenmantelfläche 13.
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Ein weiterer erfindungswesentlicher Vorteil ist, dass die Länge L1 des Vorsprunges 5 0,15 bis 0,25 mal kleiner ist als die Länge L2 der Vertiefung 14. Somit kommt ein axiales freies Ende 21 des Vorsprunges 5 in vollständig eingeschobenen verriegelten Zustand nicht unmittelbar formschlüssig mit der zweiten Schräge 19 zur Anlage. Es kommt bevorzugt zunächst nur eine Ecke bzw. ein Teil der Stirnseite des freien Endes 21 in der Vertiefung 14 formschlüssig zur Anlage. Insbesondere wird durch die zweite Schräge 19 und den dort vorhandenen Winkel β sichergestellt, dass nicht über die gesamte Stirnseite des freien Endes 21 und der zweiten Schräge 19 ein vollflächiger Anlagenkontakt vorhanden ist. Hierdurch wird die Lebensdauer weiter gesteigert.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lagerbuchse 3. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeugbauteil 22 mit Lagerbuchse 3. In 5 ist gezeigt, dass die Vorsprünge 5 radial umlaufend in einem Winkel γ von bevorzugt mehr als 5 Grad, insbesondere 10 Grad versetzt zueinander angeordnet sind. Exemplarisch sind drei Vorsprünge 5 eingezeichnet. Radial umlaufend können jedoch mehrere Vorsprünge 5, insbesondere vollständig umlaufend ausgebildet sein. Hierzu wird jedoch auch die bevorzugte Ausführung gemäß 6 noch berücksichtigt.
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In 6 dargestellt ist ein Endteil eines Kraftfahrzeugbauteils 22, beispielsweise eines Stablenkers. Hier kann eine Kraft F als Druckkraft auf die Lagerbuchse 3 wirken. Die Kraft F hat dabei eine Hauptrichtung 23, mit der sie in Radialrichtung R in die Lagerbuchse 3 eingeleitet wird. Bevorzugt ist dann in einem Winkelbereich 24 zwischen plus 45 Grad und minus 45 Grad, bevorzugt zwischen plus 10 Grad und minus 10 Grad, kein Vorsprung 5 ausgebildet. Ebenfalls auf der gegenüberliegenden Seite in Radialrichtung R ist ein Winkelbereich 24 ausgebildet, bei dem ebenfalls von plus 45 Grad bis minus 45 Grad, bevorzugt plus 10 Grad und minus 10 Grad, kein Vorsprung 5 ausgebildet ist. Im Bereich dieser Hauptwirkrichtung 23 in Radialrichtung von Druck- bzw. Zugkräften steht somit jeweils die vollständige Anlagefläche von äußerer Hülse 10 und Lagerbuchse 3 zur Verfügung, welche nicht geschwächt ist durch Vorsprünge 5 oder Vertiefungen 14. Auch dies wirkt sich vorteilig auf die Lebensdauer aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Lageranordnung
- 2 -
- Gummi-Feststoff-Lager
- 3 -
- Lagerbuchse
- 4 -
- Wandung zu 3
- 5 -
- Vorsprung
- 6 -
- Innenraum zu 3
- 7 -
- Mittellängsachse zu 2 bzw. 3
- 8 -
- oberes Ende
- 9 -
- Aufweitung
- 10 -
- äußere Hülse
- 11 -
- innere Hülse
- 12 -
- Elastomerschicht
- 13 -
- Außenmantelfläche zu 10
- 14 -
- Vertiefungen
- 15 -
- Kragen
- 16 -
- Auspressrichtung
- 17 -
- Einpressrichtung
- 18 -
- erste Schräge
- 19 -
- zweite Schräge
- 20 -
- Gerade
- 21 -
- axiales Ende
- 22 -
- Kraftfahrzeugbauteil
- 23 -
- Hauptrichtung
- 24 -
- Winkelbereich
- α-
- Winkel
- β -
- Winkel
- γ -
- Winkel
- δ -
- Winkel
- R -
- Radialrichtung
- A -
- Axialrichtung
- F
- Kraftrichtung