Hydraulisch dämpfende Elastomerbuchse

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine hydraulisch dämpfende Elastomerbuchse, das heißt ein elastomeres Buchsenlager mit einem hydraulischen Dämpfungssystem, welches vorzugsweise für den Einsatz zur Lagerung der Achsträger eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.

Gattungsgemäße elastomere Buchsenlager beziehungsweise Gummibuchsen mit hydraulischer Dämpfung bestehen aus einem in der Regel metallischen, zumeist im Wesentlichen zylinderförmigen Innenteil, einem konzentrisch zum Innenteil angeordneten, mit ihm durch Vulkanisation verbundenen elastomeren Lagerkörper und einer das Innenteil mit dem Lagerkörper aufnehmenden Außenhülse. Durch eine entsprechende Außenkontur des elastomeren Lagerkörpers sind zwischen diesem und der Außenhülse mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines elastomeren Dämpfungsmittels ausgebildet, welche über einen Dämpfungsmittelkanal miteinander verbunden und in der Umfangsrichtung durch sich in radialer Richtung erstreckende Stege des Lagerkörpers räumlich getrennt sind. Die Dämpfungsmittelkammern und der sie verbindende Kanal bilden ein die radiale Dämpfungswirkung des Lagers im Bereich der Kammern unterstützendes hydraulisches Dämpfungssystem. Entsprechend aufgebaute Hydrobuchsen sind beispielsweise aus der DE 38 18 287 Al und der DE 102 13 627 Al bekannt.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, entsprechende Buchsenlager nach dem Einfügen des aus dem Innenteil und dem Lagerkörper gebildeten Gummi-Metall-Teils in die

Außenhülse durch eine Reduzierung ihres Außendurchmessers zu kalibrieren. Hierdurch werden das Elastomer des Lagerkörpers mit einer Vorspannung beaufschlagt und die hydraulische Dämpfung des Lagers erhöht. Aufgrund des dabei in den Kammern beziehungsweise in dem von ihnen aufgenommenen Dämpfungsmittel erzeugten überdrucks werden jedoch die, die Kammern in der axialen Richtung begrenzenden Blähwände einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt, wodurch sich die Standfestigkeit beziehungsweise die Dauerhaltbarkeit der Lager in nachteiliger Weise verringert. Dennoch sind die auf diese Weise erreichbaren Federratenverhältnisse zwischen einerseits der über die Stege verlaufen radialen Hauptbelastungsrichtung des Lagers und seiner anderen, über die Kammern verlaufenden Hauptbelastungsrichtung sowie andererseits der über die Stege verlaufen radialen Hauptbelastungsrichtung und der axialen Richtung des Lagers vergleichsweise beschränkt, da eine größere Aufspreizung der Federraten in nicht mehr hinnehmbarer Weise zu Lasten der Dauerhaltbarkeit ginge. Bei einer gleichzeitig vertretbaren Dauerhaltbarkeit betragen die Federratenverhältnisse aus dem Stand der Technik bekannter hydraulisch dämpfender Gummibuchsen ca. 5:1 radial über die, die Kammern trennenden Stege zu radial über die Kammern (in Bezug auf Achsträgerlager: Fahrzeugquerrichtung zu Fahrzeuglängsrichtung) beziehungsweise ca. 6:1 radial über die Stege zu axial (in Bezug auf Achsträgerlager: Fahrzeugquerrichtung zu Fahrzeughochrichtung) . Im Hinblick auf unterschiedliche Einsatzfälle und einen dabei möglichst guten Fahrkomfort sind jedoch höhere Federratenverhältnisse in vielen Fällen durchaus wünschenswert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes hydraulisch dämpfendes Buchsenlager so auszubilden, dass für dieses bei hoher Dauerbelastbarkeit gegenüber dem Stand der Technik höhere Federratenverhältnisse bezüglich einer über die Stege verlaufenden radialen Hauptbelastungsrichtung und sowohl seiner axialen, als auch seiner anderen, über die Kammern verlaufenden radialen Hauptbelastungsrichtung erreicht werden.

Die Aufgabe wird durch ein hydraulisch dämpfendes Buchsenlager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Das zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene elastomere Buchsenlager mit hydraulischer Dämpfung besteht, wie grundsätzlich bekannt, aus einem metallischen Innenteil, einem das Innenteil vorzugsweise konzentrisch umgebenden elastomeren Lagerkörper mit einem darin einvulkanisierten Käfig zur Armierung des Lagerkörpers und einer das Innenteil mit dem Lagerkörper aufnehmenden Außenhülse. Der Lagerkörper ist vorzugsweise mit dem metallischen Innenteil durch Vulkanisation haftend verbunden. Insoweit soll in diesem Zusammenhang im Hinblick auf die durch das Innenteil und den Lagerkörper mit dem einvulkanisierten Käfig gebildete Einheit auch von einem Gummi-Metall-Teil gesprochen werden, selbst wenn als Material für den Lagerkörper neben Gummi selbstverständlich auch andere elastomere Materialien in Betracht kommen.

Die Außenkontur des Lagerkörpers ist derart gestaltet, dass zwischen ihm und der Außenhülse, in welche das Innenteil und der Lagerkörper eingefügt werden, mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels ausgebildet sind. Bezogen auf die Umfangsrichtung des Lagerkörpers sind die Kammern, wie schon ausgeführt, durch in der radialen Richtung vom Innenteil aufragende, aus dem Material des Lagerkörpers bestehende Stege voneinander getrennt. Zur Ausbildung eines hydraulischen Dämpfungssystems sind die Kammern durch einen an oder in dem Lagerkörper angeordneten Dämpfungsmittelkanal miteinander verbunden.

Erfindungsgemäß ist jedoch bei dem insoweit, analog zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lagern, ausgebildeten Buchsenlager auf das Elastomer des Lagerkörpers über den Käfig eine Vorspannung aufgebracht. Derartiges ist bei bisher gebräuchlichen Lagern nicht bekannt. Vielmehr ist es gebräuchlich eine Vorspannung in dem Elastomer des Lagerkörpers erst nach dessen Montage in der Außenhülse zu erzeugen, indem mittels eines dazu geeigneten Werkzeugs die Außenhülse über ihren Umfang mit einem Druck beaufschlagt und dabei unter Erzeugung der Vorspannung ihr Durchmesser reduziert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Lager erfolgt jedoch eine derartige Kalibrierung bereits vor der Montage des Lagerkörpers in der Außenhülse, indem eine entsprechende Druckkraft auf den Käfig ausgeübt wird. Dieser weist dazu gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform der Erfindung mehrere Bereiche auf, in welchen er von dem Elastomer des Lagerkörpers

freigestellt ist. In dem Lagerkörper sind an den betreffenden Stellen Freimachungen ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, Druck unmittelbar von Metall (Metall des Werkzeugs) auf Metall (Metall des Käfigs) auf den Käfig aufzubringen und so das Gummi-Metall-Teil vor seiner Montage in der Außenhülse zu kalibrieren. In vorteilhafter Weise wird dadurch vermieden, dass in den erst mit der Montage vervollständigten Kammern für das Dämpfungsmittel ein überdruck entsteht, welcher die, die Kammern axial begrenzenden Blähwände beansprucht und so die Dauerhaltbarkeit des Lagers verringert.

Gemäß einer möglichen Ausbildungsform sind die schon angesprochenen Freimachungen in den, die Kammern bezüglich der Umfangsrichtung voneinander räumlich trennenden Stegen ausgebildet. Vorzugsweise sind dabei in jedem Steg jeweils zwei im Bereich der axialen Enden des Lagerkörpers angeordnete Freimachungen ausgebildet.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers ist der im Bereich der Kammern ausgeschnittene Käfig derart ausgebildet, dass er innerhalb der die Kammern trennenden Stege eine radiale Innenfläche aufweist, welche parallel zur Lagerachse verläuft. Dies hat den Vorteil, dass sich insbesondere auch nach dem Kalibrieren, das heißt nach dem Aufbringen einer Vorspannung auf das Elastomer über den Käfig, die Spannung im Stegbereich gleichmäßig verteilt. Hierdurch wird ebenfalls die Dauerhaltbarkeit des Lagers begünstigt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lagern ist hingegen der Käfig im Allgemeinen so ausgebildet, dass er im Bereich der die Kammern trennenden Stege des Lagerkörpers in einem axialen Abschnitt eine zum Innenteil hin gerichtete Taille ausbildet. In diesem taillierten Bereich ist gewöhnlich ein auf dem Umfang des Lagerkörpers angeordneter Kanalträger eingefügt, in welchem der die Kammern miteinander verbindende Dämpfungsmittelkanal ausgebildet ist. Der Kanalträger ist auf den Lagerkörper beispielsweise aufgeclipt oder in der Umfangsrichtung zweigeteilt ausgebildet.

Bei der zuletzt beschriebenen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers ist der Kanalträger aufgrund des Fehlens einer entsprechenden Taille (die radiale Innenfläche des Käfigs verläuft im Bereich der Stege parallel zur Lagerachse) dahingehend modifiziert, dass er in den Umfangsabschnitten der Stege des Lagerkörpers je eine sich in der

Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung aufweist, so dass der Kanal in diesen Bereichen lediglich axial beidseitig durch zwei, die jeweilige Ausnehmung begrenzende Streben des Kanalträgers eingefasst wird, während der dazwischen liegende Kanalboden durch das Elastomer des Lagerkörpers gebildet wird.

Entsprechend weiterer Ausgestaltungen können das Innenteil des erfindungsgemäßen Lagers eine von der Zylinderform abweichende Form aufweisen und axial beidseits der Kammern je ein Radialanschlag ausgebildet sein. Entsprechende Radialanschläge sind dabei beispielsweise durch je einen an den axialen Enden des Lagers auf dessen Innenteil aufgeschoben Kunststoffring ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden elastomeren Buchsenlagers mit einer hydraulischen Dämpfung. Gemäß diesem Verfahren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Einvulkanisieren des Käfigs in den Lagerkörper durch eine entsprechende Gestaltung der dazu verwendeten Form an dem Käfig mehrere vom Elastomer des Lagerkörpers freigestellte Bereiche ausgebildet werden. Im Fortgang des Verfahrens wird auf diese Bereiche vor dem Einfügen des aus dem Innenteil und dem einvulkanisierten Käfig bestehenden Gummi-Metall-Teils in die Außenhülse mittels eines Werkzeugs Druck ausgeübt und dabei der Durchmesser des Käfigs unter Ausbildung einer Vorspannung im Elastomer des Lagerkörpers reduziert. Soweit vorstehend und auch im Zusammenhang mit der Erläuterung des Lagers davon gesprochen wird, dass die entsprechenden Bereiche, über welche mittels des der Kalibrierung dienenden Werkzeugs die vorgesehene Druckkraft aufgebracht wird, von dem Elastomer des Lagerkörpers freigestellt sind, meint dies, dass diese Bereiche des Käfigs nicht mit einer Gummischicht bedeckt sind, welche zur radialen Dämpfung des Lagers beiträgt. Dies schließt nicht aus, dass die betreffenden Bereiche durch eine dünne, fertigungsbedingte, aber zu vernachlässigende Gummihaut (mit einer Stärke von wenigen m) bedeckt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft dadurch weitergebildet, dass neben den der eigentlichen Kalibrierung dienenden freigestellten Bereichen des Kanalträgers punktuell weitere Bereiche des Käfigs freigestellt werden, welche zur Positionierung des

Kalibrierungswerkzeugs dienen. Entsprechend einer praxisgerechten Durchführung des Verfahrens erfolgt die Montage des bereits kalibrierten Gummi-Metall-Teils in der Außenhülse unter Flüssigkeit, das heißt in einem das Dämpfungsmittel enthaltenden Bad.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine mögliche Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers in räumlicher

Darstellung,

Fig. 2: das Lager gemäß Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung,

Fig. 3: ein mit dem Lager gemäß Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 vergleichbares Lager nach dem Stand der Technik.

Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers, welche beispielsweise für den Einsatz als hydraulisches Achsträgerlager vorgesehen ist. Das in einer räumlichen Darstellung gezeigte elastomere Buchsenlager besteht im Wesentlichen aus dem metallischen, annähernd zylinderförmigen Innenteil 1, dem das Innenteil 1 konzentrisch umgebenden elastomeren Lagerkörper 2 beziehungsweise Gummikörper, welcher mit dem Innenteil 1 durch Vulkanisation verbunden ist, dem in den Lagerkörper 2 einvulkanisierten Käfig 3 (besser in der Fig. 2 erkennbar) und einer das Innenteil 1 mit dem Lagerkörper 2 und dem darin einvulkanisierten Käfig 3 aufnehmenden Außenhülse 4. Der Käfig 3 ist in der Darstellung der Fig. 1, da er, wie ausgeführt, in den Lagerkörper 2 einvulkanisiert ist, kaum zu erkennen. Er ist in dieser Darstellung lediglich insoweit zu erkennen, als dass der elastomere Lagerkörper 2 des Lagers erfindungsgemäß mehrere Freimachungen 9 aufweist, in deren Bereich der Käfig 3 von dem Elastomer des Lagerkörpers 2 freigestellt ist. Zur Realisierung des hydraulischen Dämpfungssystems sind in dem Lagerkörper 2 zwei Kammern 5 zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels ausgebildet, von denen eine in der Fig. 2 wiederum besser erkennbar ist. Die Kammern 5 sind, bezogen auf den Lagerumfang, durch von dem Lagerkörper 2 ausgebildete elastomere Stege 8 voneinander räumlich getrennt, jedoch durch einen Dämpfungsmittelkanal 7 miteinander verbunden, über welchen das Dämpfungsmittel bei entsprechender radialer Belastung von einer Kammer 5 in

die jeweils andere verdrängt werden kann. In der axialen Richtung a werden die Kammern 5 durch die Blähwände 15 begrenzt. Der Kanal 7 ist in einem auf dem Außenumfang des Lagerkörpers 2 angeordneten Kanalträger 6 aus Kunststoff ausgebildet. Das aus dem Innenteil 1 und dem Lagerkörper 2 mit dem darin einvulkanisierten Käfig 3 gebildete Gummi-Metall-Teil ist erfindungsgemäß vor seiner Montage in der Außenhülse 4 kalibriert worden. Dazu ist mit einem geeigneten Werkzeug im Bereich der Freimachungen 9 ein Druck auf den Käfig 3 ausgeübt worden, in dessen Ergebnis sich der Durchmesser beziehungsweise Krümmungsradius des Käfigs 3 unter Ausbildung einer Vorspannung in dem Elastomer des Lagerkörpers 2 verringert hat. Dadurch, dass das Innenteil 1 und der Lagerkörper 2 erst nach diesem Kalibriervorgang unter Flüssigkeit, das heißt in einem Dämpfungsmittelbad, in die Außenhülse 4 eingefügt und erst dabei die Kammern 5 komplettiert werden, ergibt sich der Vorteil, dass eine Vorspannung des Elastomers ohne einen die Dauerhaltbarkeit herabsetzenden Druckaufbau in den Kammern 5 erreicht wird. Um die Vorspannung im Bereich der Stege 8 möglichst gleichmäßig in dem Elastomer zu verteilen, ist bei der dargestellten Ausbildungsform zusätzlich der Käfig 3 modifiziert worden. Die Vorspannung im Elastomer bewirkt, dass die gewünschten Wege/Belastungen insbesondere in der Fahrkomfort bestimmenden Hochrichtung realisiert werden können. Mit Lagern nach dem Stand der Technik können die heutigen Anforderungen bezüglich des Fahrkomforts beziehungsweise der Fahrdynamik und gleichzeitig der Dauerhaltbarkeit nicht umgesetzt werden.

Die Figuren 2 und 3 ermöglichen einen Vergleich, durch welchen diese Modifizierung der Käfigform ersichtlich ist. Dabei zeigt die Fig. 2 das erfindungsgemäße Lager gemäß der Fig. 1 mit dem entsprechend modifizierten Käfig 3 in einer teilweise geschnittenen Darstellung, während die Fig. 3 ein vergleichbares Lager nach dem Stand der Technik in ebenfalls teilweise geschnittener Darstellung zeigt. Nach dem Stand der Technik ist es, wie aus der Fig. 3 ersichtlich, üblich, den Käfig 3 im Bereich der Stege 8 zu taillieren und in die entstehende Taille 16 den Kanalträger 6 einzufügen. Bei der dargestellten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers wurde jedoch, wie aus der Fig. 2 ersichtlich, auf die Ausbildung einer solchen Taille 16 verzichtet. Vielmehr verläuft die radiale Innenfläche 11 des Käfigs 3 bei der Ausbildungsform nach der Fig. 2 im Bereich der Stege 8 des

Lagerkörpers 2 bezüglich der axialen Richtung a parallel zur Lagerachse 14. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Eintrag der Vorspannung im Bereich der Stege 8 erreicht.

In Anpassung an den in der beschriebenen Weise modifizierten Käfig 3 ist bei der beispielhaft gezeigten und erläuterten Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers außerdem der Kanalträger 6 verändert worden. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, weist dabei der Kanalträger 6 im Bereich der Stege 8 jeweils eine in Umfangsrichtung u verlaufende Ausnehmung 10 auf. Der Kanal wird folglich in diesem Bereich in der axialen Richtung a jeweils durch zwei, die betreffende Ausnehmung 10 in dem Kanalträger 6 begrenzende Streben 12 sowie in der radialen Richtung r durch das Elastomer des betreffenden Steges 8 und die Außenhülse 4 eingefasst. Der Kanalboden ist somit in diesem Bereich, abweichend vom Stand der Technik, durch das Elastomer des Lagerkörpers 2 gebildet.

Bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung als Achsträgerlager wird das in Fig. 1 und 2 gezeigte Lager derart verbaut, dass die Lagerachse 14 in der Fahrzeughochrichtung angeordnet ist. In dieser Hochrichtung werden vom Fahrwerk auf den Fahrzeugaufbau übertragene Schwingungen gedämpft. Gleichzeitig verläuft die über die Kammern 5 gegebene radiale Hauptbelastungsrichtung des Lagers parallel zur Fahrzeuglängsachse (man spricht insoweit von der Längsrichtung) , während seine andere radiale Hauptbelastungsrichtung quer zur Fahrzeuglängsachse (man spricht von der Querrichtung) verläuft. Mit der Erfindung lassen sich Federratenverhältnisse von bis ca. 13 : 1 (Quer- zu Hochrichtung) und bis etwa 9 : 1 (Quer- zu Längsrichtung) erreichen. Zum Schutz vor einer überbeanspruchung des Lagers in der Längsrichtung, also bezüglich großer radial über die Kammern 5 in das Lager eingetragener Kräfte, ist auf beide axiale Enden des Innenteils je ein Kunststoffring aufgeschoben, durch welche Radialanschläge 13 zur Begrenzung des radialen Federwegs ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

1 Innenteil

2 Lagerkörper

3 Käfig

4 Außenhülse

5 Kammer

6 Kanalträger

7 Dämpfungsmittelkanal

8 Steg

9 Freimachung, freigestellter Bereich

10 Ausnehmung

11 Innenfläche

12 Strebe

13 Radialanschlag

14 Lagerachse

15 Blähwand

16 Taille