DE3240981A1

DE3240981A1 - Gummi-metall-lager

Info

Publication number: DE3240981A1
Application number: DE19823240981
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 8060 Dachau Müller; Johann Ing.(grad.) 8000 München Niklas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1982-11-05
Filing date: 1982-11-05
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE3240981C2

Description

Gummi-Metall-Lager
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gummi-Metall-Lager nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches Lager ist aus der DE-OS 28 38 391 bekannt. Es dient hier für die schwenkbare Anlenkung eines Radführungslenkers oder eines Achsverbundes am Aufbau eines Kraftfahrzeuges. Im Falle eines Achsverbundes, insbesondere einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, nimmt das Lager die auf das Fahrzeugrad wirkende Seitenkraft auf. Die innere und die äußere Metallhülse werden dabei gegeneinander verschoben. Bei entsprechender Auslegung des Lagers läßt sich dadurch ein Drehen des Achsverbundes in Richtung Nachspur verringern bzw. Vorspur erreichen. Wie aus der Vorveröffentlichung zu entnehmen ist, sind die Einzellager jeweils nur in eine Richtung wirksam. Soll eine entsprechende Verschiebung auch für die in entgegengesetzter Richtung eingeleiteten Kräfte erzielt werden, dann müssen zwei Teillager axial unmittelbar zu einem Gesamtlager aneinander gefügt werden.
Neben den Seitenkräften treten, bedingt durch Beschleunigen oder Verzögern der Fahrgeschwindigkeit, am Fahrzeugrad Kräfte auf, die in Längsrichtung des Fahrzeuges wirken.
Diese Kräfte werden bei einem mit einem Längslenker geführten Fahrzeugrad von dem Lager aufgenommen, mit dem der Längslenker am FahrzeurauSbau gehalten ist. Liegt nun der Lagerpunkt nicht in der Wirkungslinie dieser Längskräfte, treten im Lager Ouerkraftkomponenten auf, die zu einer resultierenden Kraft führen, deren Wirkungslinie schräg zur Längsachse des Fahrzeugs verläuft. Das führt bei den üblicherweise verwendeten Gummi-Metall-Lagern zu einem Auswandern des Lagers und mit ihm zu einer Spurverstellung des Fahrzeugrades über den Längslenker. Je nach Art der Geschwindigkeitsänderung wird das Lager dabei auf Zug oder Schub beansprucht.
Bei ebener Betrachtung und unter Beschränkung auf reine Längskräfte in Radmittenebene angreifend, sind die Wirkungslinien der an dem Lager angreifenden Schub- und Zugkräfte deckungsgleich. Bei einer praxisnäheren Betrachtung kommen zhidiesen Längskräften noch räumlich angestellte Kräftei,insbesondere aus der Feder herrührend, die dazu führen, daß die am Lager angreifenden Zug- und Schubkräfte nicht mehr auf der gleichen Wirkungslinie liegen.
Das hat zur Folge, daß das Fahrzeug beim Bremsen und beim Beschleunigen jeweils ein anderes Figenlenkverhalten zeigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gummi-Metall-Lager der genannten Art so weiterzubilden, daß es bei Zug- und Schubkräften, die in etwa radial auf das Lager einwirken und unterschiedliche Wirkungslinien aufweisen, jeweils in eine vorbestimmte Richtung auswandert.
nie Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den tjnteransprüchen.
Mit dem erfindungsgemdßen Lager lassen sich die Einflüsse beim '!Verzögern oder Beschleunigen des Fahrzeuges getrennt ausgleichen. Nach den zu erwartenden Wirkungslinien der auf das Lager einwirkenden Kräfte, die sic rechnerisch bestimmen lassen, und entsprechend dem gewollten Lenkverhalten des Fahrzeugs werden die Ansteigwinkel derFlächenabschnitte der inneren Metallhülse gewählt.
Die Wirkungsweise des Lagers beruht darauf, daß der Gummikörper in senkrecht aufeinander stehenden Richtungen unterschiedliche Federraten aufweist. Durch die schräg gestellten Flächenabschnitte wird die einwirkende Kraft je nach Ansteigwinkel in unterschiedliche Komponenten aufgeteilt, so daß das Lager in Richtung der Federrate einmal mehr und einmal weniger auswandert. Um gezielte Federraten zu erhalten, ist es zweckmäßig, den Gummikörper mit nierenartigen Ausnehmungen zu versehen. m diese Ausnehmungen gezielt anbringen zu können, ist es weiter vorteilhaft, die schräg gestellten Flächenabschnitte nur über einen Teil der axialen Ausdehnung der inneren Metallhülse vorzusehen. Dadurch erhält die Metallhülse auch eine für die Fertigung einfachere Form.
Die auftretenden Zug- und Schubkräfte am Lager werden in der Regel etwa in einer Ebene liegen. Es ist daher zweckmäßig, die Flächenabschnitte diametral zueinander anzuordnen. Beim Bremsen des Fahrzeuges tritt am Längslenker eine Hochkraftkomponente auf1 die ebenfalls über das in Rede stehende Lager aufgenommen wird. Es kann zweckmäßig sein, einen oder beide Flächenabschnitte so am {umfang vorzusehen, daß das Lager beim Auswandern auch diese Hochkraftkomponente berücksichtigt.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die äußerte Metallhülse zu den Flächenabschnitten parallel verläuft. Dadurch wird der Gummikörper gleichmäßig beansprucht, übermäßige Flächenpressungen in seinem Innern werden vermieden. Am zweck- mäßigsten läßt sich diese Maßnahme dadurch verwirklichen, daß die äußere Metallhülse etwa in der Mitte ihrer axialen Ausdehnung eingeschnürt ist und von dort kegelstumpfartig bis annähernd zu den Stirnseiten sich erweitert. Die stirnseitigen Endabschnitte der Hülse sind zylindrisch wieder ausgebildet; sie dienen zur Befestigung des Lagers.
Das Lager läßt sich in einem Kraftfahrzeug rechtwinklig zu dessen Längsachse anordnen und ermöglicht genaue Einhaltung der Anschlußmaße. Bei gewünschter Achsparallelität des Lagers zur Radachse ist bei vorhandenen Ausgangssturzwinkeln auch eine Abweichung der horizontalen Einbaulage um den Sturzwinkel möglich. Durch die radachsparallele Anordnung des Lagers läßt sich die Spur des Rades, beispielsweise die Vorspur in einfacher Weise einstellen.
Hierzu ist zwischen der inneren Metallhülse und einem Schraubbolzen, mit dem das Lager mit dem Längslenker am Fahrzeugaufbau oder dergleichen befestigt ist, eine Gewindehülse vorgesehen. Der Längslenker läßt sich durch diese Anordnung auf der Gewindehülse axial verschieben bis zur gewünschten Vorspur. Mit Kontermuttern wird er dann in dieser Lage fixiert. Diese Einstellmöglichkeit der Vorspur wirkt sich nicht auf die übrige Achsgeometrie aus oder nur in sehr geringem Maße.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt in - Fig. 1 ein Fahrzeugrad mit Längs- und Querlenker in der Draufsicht, - Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Gummi-Metall-Lager im Schnitt, - Fig. 3 ein Kräfteplan einer auf das Gummi-Metall-Lager einwirkenden Kraft und - Fig. Lt die Anlenkung des Längslenkers am Fahrzeugaufbau.
Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugrad 1 gehört zu einer -Hinterachskonstruktion mit getrennter Quer- und Längsführung.
Die Längsführung übernimmt ein Längslenker 2 der starr mit einem Radträger 3 verbunden ist. Mit seinem anderen Ende ist der Längslenker 2 über ein Lager Lt am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau gehalten. Das Lager 4 ist dabei quer zur Fahrzeuglängsachse und etwa parallel zur Radachse 1a eingebaut. Die Querführung übernehmen Querlenker 6, die mit dem Radträger 3~gelenkig verbunden sind. In der Zeichnung ist lediglich einer der Querlenker 6 angedeutet. Der Pfeil 7 gibt die Fahrtrichtung an.
Beim Beschleunigen oder Verzögern der Geschwindigkeit, also beispielsweise beim Anfahren oder Abbremsen des Fahrzeugs, wirken in der Radmitte, die mit 8 bezeichnet ist, entweder die Kraft F5 oder F z Diese Kräfte' nimmt das Lager Lt auf, an dem in radialer Richtung die entsprechenden Kräfte Fs' und Fz' wirken. Das Lager Lt liegt aus in der Praxis gegebenen Gründen außerhalb der Radmitte 8-und damit der Wirkungslinie der Kräfte F5 und F z Die am Lager Lt auftretenden Kräfte weisen daher eine Querkomponente auf, so daß die Krä-fte F5, und Fz' als resultierende Kräfte schräg zur Radmittenebene und damit auch zur Fahrzeuges längsachse angestellt sind. Außerdem sind die Wirkungslinien der Kräfte Fs' und Fz' nicht deckungsgleich. Beim Beschleunigen und beim Verzögern ändert der Fahrzeugaufbau seinen Höhenstand unterschiedlich und die daraus resultierenden Federkräfte (die Feder selbst ist in der Zeichnung nicht dargestellt) beeinflussen die am Lager auftretenden Schub- und Zugkräfte in unterschiedlichem Maß mit der Folge, daß die Wirkungslinien der Kräfte F5, und Fz' nicht deckungsgleich sind.
Fig. 2 läßt das Lager Lt erkennen.
Es besteht aus einer äußeren Metallhülse 9 und einer inneren Metallhülse 10. Zwischen den Metallhülsen 9, 10 ist ein Gummikörper 11 vorgesehen der an den Metallhülsen durch Vulkanisieren befestigtJDieinnere Metallhülse 10 weist an ihrer äußeren Mantel fläche in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Flächenabschnitte 10a, 10 b auf, die jeweils zu einer der beiden Stirnseiten der inneren Metallhülse ansteigen. Der Ansteigwinkel Sz des Flächenabschnittes 10a ist verschieden von dem Ansteigwinkel SS des Flächenabschnittes 1Ob. Die Ansteigwinkel sind bezogen auf die Lagerlängsachse, die die Bezugsziffer 12 trägt. Die Flächenabschnitte 10a, b erstrecken sich nur über einen Teil der axialen Ausdehnung und sind axial zueinander versetzt. Außerdem reichen sie nicht ganz zu den Stirnseiten der inneren Metallhülse 10 heran. Die Endabschnitte der Stirnseiten sind als zylindrische Fortsätze gebildet.
Desjeiteren liegen sich die Flächenabschnitte 10a, b diametral gegenüber. Dies ist bedingt durch die etwa in einer Ebene liegenden Kräfte F5 und Fz'. Wären die Kräfte räumlich zueinander angestellt, müßten auch die Flächenabschnitte10a, b entsprechend am Umfang verteilt sein.
Die äußere Metallhülse 9 ist etwa in der Mitte ihrer axialen Ausdehnung eingeschnürt und erweitert sich von dort kegelstumpfförmi;bis annähernd zu den Stirnseiten.
Die Endabschnitte der Stirnseiten sind zylindrisch ausgeführt und sitzen in einem Befestigungsauge 13 des Längslenkers 2. Durch die eingeschnürte Form der äußeren Metallhülse 9 wird erreicht, daß sie zu den Flächenabschnitten 10a, b in etwa parallel verläuft.
Der Gummikörper 11 weist zwei senkrecht zueinander stehende Federraten cx und c y auf. Dabei verläuft cx in Richtung der Schräge der Flächenabschnitte 10a, b,während c y senkrecht dazu steht. Um die Federrate cx noch zu verkleinern weist der Gummikörper 11 in Achsrichtung und im Anschluß an die ansteigenden Flächenabschnitte 10a, b nierenförmi-e Ausnehmungen 14 auf.
In Fig. 2 ist gestrichelt dargestellt, wie sich die äußere und die innere Metallhülse 9, 10 gegeneinander verschieben, wenn entweder die Kraft Fs' oder Fz' auf das Lager Lt einwirkt. In Fig. 3 ist am Beispiel der Kraft Fz' gezeigt, welche Wirkung der Winkel G auf die Verschieberichtung ausübt. Die Kraft F z' läßt sich in eine in der Richtung der Schräge des Flächenabschnitts 10a liegende Komponente X und in eine senkrecht zu diesem Flächenabschnitt liegende Komponente Y zerlegen. Durch die unterschiedlichen Federraten cx und c y wandert das Lager in Richtung cx um den Betrag xa aus und in cy Richtung um y Die daraus resultierende Auswanderung ist mit a bezeichnet. Wie sich aus Fig. 3 leicht entnehmen läßt, verändern sich bei einem anderen Winkel SZ die Komponenten X und Y dem Betrage nach und damit auch die Beträge der Auswanderungen xa, Ya. Ist nun die Auswanderung der Richtung und dem Betrag nach vorgegeben und sind außerdem die Federraten cx und c y bestimmt, so läßt sich durch die ebenfalls vorbestimmte Kraft Fz T die Größe des Winkels Sz bestimmen. Es gilt dann die Beziehung tan (αß) - cy/ck. tan «= O.Dabei ist flder Winkel; der zwischen der Kraft Fz' und der resultierenden Auswanderungsrichtung a eingeschlossen ist, während « sich zwischen der Kraft Fz' und der Senkrechten auf der schrägen Fläche des Flächenabschnittes 10a ergibt. Ist der Winkel« bestimmt, beispielsweise über ein Iterationsverfahren, so läßt sich über ihn der Winkel J-Zermitteln.
Es zeigt sich also, daß für die Kraft Fs' und Fz' jeweils andere Ansteigwinkel #z und #s erforderlich sind, da die Wirkungslinien dieser Kräfte nicht deekunsgleich sind; andererseits aber in der jeweiligen Richtung eine definierte Auswanderung des Lagers 4 erwünscht ist.
In Fig. 4 ist der Läng,lenker ? über das La,)er lt am Fahrzeugaufbau 5 gelagert. Dazu ist der Längslenker 2 mit seinem Befestigungsauge zwischen fahrzeugfesten Laschen angeordnet. Zur Befestigung dient ein Schraubbolzen 18, der sich durch die innere Metallhülse 10 erstreckt und an einer der Laschen eingeschraubt ist. Zwischen dem Schaft des Schraubbolzens 18 und der inneren Metallhülse 10 ist eine Gewindehülse 15 angeordnet, auf der zwei Klemmuttern 16, 17 aufgeschraubt sind. Die Klemmuttern 16, 17 liegen an den Stirnseiten der inneren Metallhülse 10 an und sind gegeneinander verspannt. Werden sie gelöst, kann das Lager Lt und damit der Längslenker 2 in Richtung der Schraubbolzenachse und damit quer zur Fahrtrichtung 7 verschoben werden. Auf diese Weise läßt sich mit einfachen Mitteln die statische Vorspur des Fahrzeugrades 1 einstellen.

Claims

Patentansprüche: 1. Gummi -Metall-Lager mit einer äußeren und einer inneren Metallhülse und einem dazwischen angeordneten und an dedMetallhülsen befestigten, elastischen Gummikörper, wobei sich beim Einleiten von in etwa radial wirkenden Kräften in das Lager die Metallhülsen in eine vorbestimmte Richtung zueinander verschieben und die innere Metallhülse hierfür an ihrer äußeren Mantelfläche in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Flächenabschnitte aufweist, die jeweils zu einer der Stirnseiten der inneren Metallhülse ansteigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteigewinkel (z; 5) der Flächenabschnitte (10a, b) bezogen auf die Lagerachse (12) verschieden sind.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flächenabschnitte (10a, b) nur über einen Teil der axialen Ausdehnung der inneren Metallhülse ( 10) erstrecken.
3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flächenabschnitte (1Oa, b) diametral gegenüber liegen und axial zueinander versetzt sind.
4. Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallhülse (9) etwa insdcer Mitte ihrer axialen Ausdehnung eingeschnürt ist undlvon dort kegelstumpfartig bis annähernd zu den Stirnseiten erweitert.
5. Lager nach Anspruch Lt, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Metallhülse (9) zu den ansteigenden Flächenabschnitten (10a, b) der inneren Metallhülse (10) etwa parallel verläuft.
6. Lager nach Anspruch Lt oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gummikörper (11) in Axialrichtung im Anschluß an die ansteigenden Flächenabschnitten (10a, b) der inneren Metallhülse (10) an sich bekannte nierenförmige Ausnehmungen (14) aufweist.
7. Lager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, für die fahrzeugseitige Lagerung eines Längslenkers einer mit getrennter Quer- und Längsführung ausgebildeten Radaufhängung für Räder eines Kraftfahrzeuges, derart, daß das Lager mit seiner äußeren Metallhülse in einem Befestigungsauge des Längslenkers festsitzt und über einen sich durch die innere Metallhülse erstreckenden Schraubbolzen am Fahrzeugaufbau oder dgl. befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Metallhülse (10) und dem Schraubbolzen (18) eine Gewindehülse angeordnet ist und der Längslenker über zwei auf der Gewindehülse (15) vorgesehenen und an den Stirnseiten der inneren Metallhülse (10) anliegenden Klemmuttern (16, 17) einstellbar gehalten ist.