DE2140124C2 - Elastische Lagerbüchse - Google Patents
Elastische LagerbüchseInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
- F16F1/38—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers with a sleeve of elastic material between a rigid outer sleeve and a rigid inner sleeve or pin, i.e. bushing-type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
- B60G5/00—Resilient suspensions for a set of tandem wheels or axles having interrelated movements
- B60G5/02—Resilient suspensions for a set of tandem wheels or axles having interrelated movements mounted on a single pivoted arm, e.g. the arm being rigid
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
- B60G7/00—Pivoted suspension arms; Accessories thereof
Description
Die Erfindung betrifft eine elastische Lagerbuchse nach dem überbegriff des Patentanspruchs.
Bei einer elastischen Lagerbüchse nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs, wie sie aus der GB 3 64 310
bekannt ist, sind beiderseits der Stirnenden des Einsatzes metallene Ringe angeordnet, die auf der
Innenhülse festgelegt sind und gegenüber der Außenhülse einen Abstand haben, so daß sie erst bei einem
gewissen Verformungsgrad des Einsatzes wirksam werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung
von metallenen Ringen zum Schutz des Elastomer-Einsatzes vor Überlastungen dazu führt, daß beispielsweise
bei Fahrzeugaufhängungen von Lastkraftwagen auftretende Stöße nach Überschreiten des möglichen
Verformungsweges des Einsatzes sehr hart übertragen werden und auf die Dauer zu Verformungen der
Metallringe und der Hülsen der Lagerbüchse führen können.
Aus der GB 7 80 233 ist eine elastische Lagerbüchse bekannt, bei der zwischen der Innenhülse und der
kürzeren Außenhülse ein Einsatz aus Gummi angeordnet ist, welcher an beiden Enden durch auf der
Innenhülse sitzende Ringe flankiert ist, die ebenfalls aus Gummi bestehen und etwa die gleiche Stärke aufweisen
wie der Einsatz, so daß sie, soweit sie von der Außenhülse überlappt werden, ebenfalls an dieser
anliegen. Die beiderseits des Einsatzes vorgesehenen Gummiringe vermeiden zwar harte Übergänge bei der
Übertragung von Stoßen, wie sie bei der Verwendung von Metallringen auftreten, vermögen aber andererseits
den Einsatz nur in geringem Maße vor Überlaslungen zu schützen, so daß die nutzbare Lebensdauer nicht
wesentlich erhöht wird.
Aus der DE8 59 841 ist eine Lagerbuchse bekannt, bei
der zwischen den beiden Hülsen ein elastischer Einsatz angeordnet ist, der an seinen Enden verjüngt ist und von
der Außenhülse nicht übergriffen ^vird. Da diese
Lagerbuchse keinen Schutz gegen Überlastung aufweist, ist ihre Einsatzdauer beschränkt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerbuchse der eingangs genannten Art so zu
verbessern, daß mit einfachen Mitteln und ohne wesentliche Änderungen der Formgebung und der
Abmessungen die nutzbare Lebensdauer vergrößert und damit z. B. die bei Lastkraftwagen erforderlichen
ίο Austauschintervalle wesentlich verlängert werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst
Die erfindungsgemäße Lagerbüchse besitzt einen großen Anwendungsbereich und läßt sich grundsätzlich
in allen Fällen einsetzen, in denen zwei Teile einer Vorrichtung miteinander verbunden werden sollen,
jedoch schwingungsmäßig voneinander zu isolieren sind, wie bei Kraftfahrzeugen im Auge von Blattfedern,
bei Motor- und Getriebeaufhängungen, bei der Lenkung und bei der Aufhängung von Lastkraftwagen.
Insbesondere bei der Aufhängung von Lastkraftwagen-Tandemachsen
hat sich gezeigt, daß an den Lagerbüchsen starke kegelförmige Verlagerungen auftreten,
wodurch ein Fluchtungsfehler zwischen der Innenhülse und der Außenhülse der Lagerbüchse
entsteht. Derartige konische Bewegungen können zu starken Abnützungen des Einsatzes und zu einem
vorzeitiger· Ausfall der Lagerbüchse führen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Lastwagentandemachse mit einer Übersicht über die wichtigsten
Bauteile,
F i g. 2 eine Ansicht einer Ausgleichsschwinge der Achsanordnung nach Fig. I,
F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 einen Querschnitt durch die Lagerbüchse nach
Fig. 3,
F i g. 5 eine Ansicht des Endes der Lagerbuchse nach
Fig.4in Vergrößerung.
Fig. 1 zeigt eine Tandemachsanordnung mit zwei Achsen 2,4, an denen zwei Sätze Zwillingsreifen 6a, 6b
und 8a, 86auf Felgen 7 und 9 angebracht sind. Die Achse
2 ist an zwei Trägern 10a, 10£> befestigt, von denen
jeweils zwei Arme 12a, 12b nach unten abzweigen. Der Träger 10a ist über die Lagerbuchse 16a mit einem Ende
der Ausgleichsschwinge 18a verbunden, und in entsprechender Weise steht der Träger iOb über die
Lagerbuchse 16£> mit der Ausgleichsschwinge 18b in
so Verbindung. Die beiden Lagerbüchsen 16a, 166 sind an
ihren jeweiligen Trägern mit Stiften, Schrauben oder auf andere Weise angebracht. Die Achse 4 ist mit dem
anderen Ende der beiden Ausgleichsschwingen 18a, 186 in gleicher Weise verbunden. In ihrer Mitte sind die
beiden Schwingen 18a, iSb durch ein Querrohr 20 verbunden, das zur Aufrechterhaltung der Fluchtung
der Tandemachsanordnung dient. Zwei Auflager 22a, 22b sind an den Ausgleichsschwingen 18a und iSb
angeordnet und tragen auf ihrer Oberseite einen Lastwagenaufbau. Zwischen Auflager und Aufbau
werden üblicherweise (nicht gezeichnete) Federungsorgane angeordnet.
Die F i g. 2 und 3 zeigen die Anbringung der Ausgleichsschwinge 18a an dem Auflager 22a in einer
Weise, die die Ausgleichsschwinge 18a eine Schwenkbewegung ausführen läßt, wenn jede der Achsen 2, 4 über
eine Welle oder ein Hindernis auf der Straße läuft. Die Ausgleichsschwinge 18a1 dient dazu, die Lastverteilung
des Lastwagens zwischen den beiden Achsen 2, 4 zu vergleichmäßigen, wodurch die Amplitude von Stößen
und Sprüngen, die beim Überfahren von Unebenheiten auftreten, so klein wie möglich gehalten werden kann.
Bei dieser Aufhängungsart ist die Vertikalbewegung des Auflagers 22a und die daraus abzuleitende Bewegung
des daran angebrachten Lastwagen? ufbaus gleich der Hälfte der Vertikalbewegung eines Satzes Zwillingsräder,
die ein Hindernis überschreiten. Eine elastische Lagerbüchse 16a wird mit Preßsitz oder auf son:tige to
geeignete Weise in das Auge an jeder der beiden Ausgleichsschwingen 18a, 6 gebracht.
Das Auflager 22a ist mit der Schwinge 18a über eine elastische Lagerbüchse 30 verbunden. Die Einzelheiten
der Anordnung sind in Fig. 3 dargestellt. Die Lagerbüchse
30 weist eine als bezeichnete Innenhülse 32 auf, sowie eine Außenhülse 34, die voneinander durch einen
elastomeren Einsatz 36 gelrennt sind. Die Innenhülse 32 ist zwischen den beiden Armen 24a, 246 des Auflagers
durch Schellen 26a, 266 aufgenommen, die mit Muttern 27a, 276 gehalten werden, die auf Zapfen 28a, 286
geschraubt sind. Das Querrohr 20 führt in die Schwingenmittenhülse 32 hinein und stößt an einen
Stopfen 38 oder ein anderes passendes Verschlußteil, das in die Innenhülse 32 geschweißt oder anderweitig
unverrückbar mit ihr verbunden ist. Die Außenhülse 34 wird mit Preßsitz oder auf andere Weise in einem
Kreisring in der Mitte der Ausgleichsschwinge 18a gehalten. Eine Schwenkbewegung der Ausgleichsschwinge 18a gegenüber dem Auflager 22a führt zu
Torsionsverformungen des Einsatzes 36 in der Lagerbüchse.
F i g. 4 zeigt Einzelheiten der Lagerung. Zwischen der Innenhülse 32 und der Außenhülse 34 sitzt der in
radialer Richtung zusammengedrückte ringförmige Einsatz 36. Der Einsatz 36 besteht allgemein aus einem
Gummimaterial, das so aufgebaut ist. daß gute Rückfederung, Härte, sowie Beständigkeit gegen
Schmutz, Benzin u. dgl. gegeben sind. Wenn der Gummi zu steif oder zu hart ist, können Torsionsbelaslungcn der
Lagerbüchse 30 den Gummi zum Gleiten an einer der beiden Hülsen 32, 34 veranlassen, oder sie können das
Schluckvermögen der beiden Achsen 2, 4 für Wellen und Buckel der Straße herabsetzen. Eine Härte von
etwa 72 bis 78 A-Durometergraden hat sich besonders geeignet erwiesen. Der Einsatz 36 wird im allgemeinen
durch Formpressen hergestellt; er wird dann unter Verwendung eines geeigneten Vulkanisiermittels bei
erhöhter Temperatur vulkanisiert. Die Stärke des geformten ringförmigen Einsatzes 36 beträgt etwa das
Anderthalb- bis Zweifache des Abstands zwischen den beiden Hülsen 32,34, während der Einsatz 36 etwa halb
so lang ist wie die Außenhülse 34. Zum Zusammenbau der Lagerbüchse 30 wird der Einsatz 36 in radialer
Richtung zusammengedrückt, wodurch er sich in Längsrichtung dehnt und mindestens 70% bis 90% des
Ringraums zwischen der Innen- und der Außenhülse 32, 34 ausfüllt.
Ein harter, abriebfester Ring 40 über jedes Ende der Innenhülse 32 gestreift, um den verbliebenden Raum
zwischen den Hülsen 32, 34 auszufüllen. Der Einsatz 36 wird vorzugsweise axial zentriert gegenüber der
Außenhülse 34, wodurch dann die beiden Ringe 40 gleiche Größe erhalten. Der Außendurchmesser jedes
Ringes 40 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Außenhülse 34, wodurch sich ein Spiel ergibt, das
eine statische Radialverlagerung der beiden Hülsen 32, 34 erlaubt, ohne daß einer der Ringe 40 zusammengedrückt
wird. Das Spiel soll weder zu gering noch zu groß sein und sollte üblicherweise weniger als 0,25 mm
betragen, wenn die Lagerbüchse 30 in radialer Richtung statisch belastet ist.
Die in größerem Maßstab wiedergegebene Endansicht nach F i g. 5 zeigt einen der abriebfesten Ringe 40
radial neben einem Ende der Außenhülse 34 liegend und die Innenhülse 32 fest umschließend. Zwischen dem
Ring und der Außenhülse ergibt sich ein Zwischenraum 42, der groß ist, damit die Außenhülse 34 sich gegen die
Innenhülse 32 neigen kann, wie es im Umriß angedeutet ist, wenn eine statische radiale Belastung ausgeübt wird.
Wie erwähnt, wird durch diese Neigung der Einsatz 36 zusammengedrückt und ausgebaucht Normalerweise
berührt jedoch die Außenhülse 34 dabei den Ring 40 nicht.
Eine Lagerbüchse, die in der Mitte einer Ausgleichsschwinge 18 bei einer Tandemachse verwendet wird,
besteht aus einer rohrförmigen Innenhülse 32 mit einer Länge von 255 inm und einem Außendurchmesser von
69,9 mm, die umgeben ist von einer Außenhülse 34 mit einem Innendurchmesser von 85,7 mm und einer Länge
von 177,8 mm. Wenn die beiden Hülsen 32, 34 konzentrisch angeordnet sind, beträgt der Radialabstand
zwischen ihnen etwa 7,9 mm. Es wurden mehrere Einsätze 36 mit eine.n Gummiansatz aus 100 Teilen
Naturgummi mit 67 Teilen Ruß und geeigneten Weichmachern, Ozonschutzmitteln und einem Schwefelvulkanisationsansatz
hergestellt. Die Einsätze 36 wurden als Formpreßlinge hergestellt und anschließend
in einem Warmluftofen bei einer Temperatur von etwa 149°C 20 bis 22 Minuten lang vulkanisiert. Die Härte
der fertigen Einsätze 36 betrug etwa 75° Shore-A-Durometer-Härte,
und die Einsätze wiesen die folgenden ungefähren Abmessungen auf:
Innendurchmesser — 62,0 mm
Außendurchmesser— 93,5 mm
axiale Länge — 71.1mm
Außendurchmesser— 93,5 mm
axiale Länge — 71.1mm
Die Lagerbüchsen 30 wurden folgendermaßen montiert: Der Einsatz 36 wurde in die Außenhülse 34
hineingeschoben, und beide wurden dann unter Verwendung eines kegelförmigen Doms über Innenhülse
32 gestoßen oder gedrückt. Zum Zusammenbau der Teile wurde ein geeignetes Öl als Schmiermittel benutzt.
Der außerordentlich hohe Druck in radialer Richtung führte zu einer Längung des Einsatzes 36 um etwa 100%
und verhinderte ein Gleiten zwischen dem Einsatz 36 und den Hülsen 32,34. Zwischen Gummi und Hülsen 32,
34 wurde kein chemisches Klebemittel verwendet. Dann wurde über jedes Ende der Innenhülse 32 ein
Urethanring 40 geschoben. Diese Ringe 40 wurden aus einem flüssigen Polymergemisch von 1,4-Oxybutylenglykol
und Toluoldiisocyanat mit etwa 3,65% verfügbarem Isocyanat hergestellt (DuPont-Handelsname ADIPRE-NE
L-167). Das Polymer wurde mit 20 Teilen MOCA gehärtet, einem aromatischen Diamin aus 4,4'-Methylen-di(2-chloranilin).
Dieser Härter führt zu schneller Härtung bei gleichzeitiger erheblicher Kettenbildung
und Vernetzung, so daß sich ein zähes Polymer mit einer Härte von ungefähr 95 (Shore A)-Härtegraden ergibt.
Ein Satz Ringe 40 wurde 15 Minuten lang in einer Form bei 1000C gehärtet, worauf eine dreistündige Nachhärtung
bei 1000C folgte. Ein zweiter Satz Ringe wurde
30 Minuten lang in der Form bei 1000C (212° F)
gehärtet, worauf die gleiche Nachhärtung erfolgt, und ein dritter Satz (Probe C) wurde 30 Minuten lang in der
Form gehärtet und dann mindestens 14 Tage lang bei Zimmertemperatur nachgehärtet. Sämtliche Ringe
waren 19,05 mm breit und hatten einen Innendurchmesser, der um etwa 0,4 mm kleiner war als der
Außendurchmesser der Innenhülse. Nach dem Aufsetzen auf die Lagerbuchse 30 hatten die Ringe 40 einen
Abstand zwischen etwa 0,25 und 0,50 mm von der Außenhülse 34. Wegen der starken Kompression,
Längung und Härte des Einsatzes 36, wies die Lagerbüchse 30 einen außerordentlich hohen radialen
statischen Federkennwert auf und verschob sich um nur etwa 0,25 mm unter einer Belastung von etwa 4,5 t. Der
Spalt zwischen dem Ring 40 und der Außenhülse 34 war demnach, offen und verhinderte eine Berührung unter
Druck zwischen der Außenhülse 34 und dem Ring 40 bei statischer Belastung.
Die drei Lagerbüchsen 30 wurden in eine Testmaschine eingesetzt, die mit einer Schwinge ausgerüstet war,
die ebenso aussah wie die in F i g. 2 gezeichnete Ausgleichsschwinge 18. Die Enden der Schwinge
wurden in axialer Richtung hin und her bewegt, um die Lagerbüchse 30 einer starken konischen Belastung
unter einem Moment von etwa 19 30OmN. Die drei Lagerbüchsen 30 liefen zwischen 31 und 48 Stunden
ohne Zerstörung des Gummis. Sie wurden verglichen mit einigen Lagerbüchsen, bei denen der Einsatz den
gesamten Raum zwischen den beiden Hülsen ausfüllt. Unter der gleichen Belastung, wie oben angegeben,
hatten diese Büchsen eine durchschnittliche Lebensdauer von ungefähr 6,8 Stunden mit einer Variationsbreite
zwischen etwa 4,2 und etwa 10,9 Stunden, bevor der Einsatz versagte.
Bei der Wahl der Abmessungen der Ringe 40 sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehören
die Größe der Lagerbuchse 30 und die Stärke des
Einsatzes 36. die Gummihärte und der Betrag der Ausdehnung des Einsatzes 36 in der Anordnung sowie
die vorgesehene radiale Torsions- und konische Belastung. Die Ringe 40 sollten vorzugsweise die
Innenhülse 32 eng umfassen und von der Außenhülse 34 einen Abstand haben, der mindestens gleich der
statischen Radialverschiebimg der Lagerbüchse 30 ist.
Beispielsweise soll bei einer sehr harten Lagerbuchse 30
mil einem statischen Federkennwert von 1,8 · 10" N/m der Abstand zwischen Ring 40 und Außenhüise 34 clwa
0,025 mm je 4540 N angenommener statischer BeIaslung betragen. Für niedrigere Federkennwerlc, d. h.
wenn weicherer Gummi oder Gummi mit niedrigeren Durometer-Werten für den Einsatz 36 verwendet wird,
ist der Abstand entsprechend größer. Statt die Innenhülse 32 fest zu umfassen, kann der Ring 40 im
Preüsitz an die Außenhülse 34 gesetzt oder geklebt werden und einen gleichen Abstand von der !nnenhülse
32 aufweisen. Ist der Abstand zu groß, wird die Lagerbüchse 30 im Gebrauch einer zu großen konischen
Bewegung ausgesetzt, und der abriebfeste Ring 40 erhöht die Lebensdauer der Lagerbüchse 30 nicht
merklich. Der Abstand sollte daher nicht über etwa das Zweifache des Abstandes hinausgehen, der für die
Aufnahme der statischen Belastung erforderlich ist. Die Ringe 40 dienen dann zur Begrenzung des Betrages der
zulässigen konischen Auslenkung.
Die Breite des Ringes 40 ist ebenfalls wichtig, weil dieses Maß die Breite des Einsatzes 36 bestimmt, der
zum Ausüben der normalen Lagerbüchsenfunktion verfügbar ist. Die Verwendung eines breiten Ringes 40
mil entsprechender Verringerung der Breite des Einsatzes 36 führt zu einer Herabsetzung der verschiedenen
Federkennwerte der Lagerbuchse 30 und zu einer Einschränkung der Vorteile, die die Verwendung eines
Einsatzes 36 bietet. Die Breite der beiden Ringe 40 sollte zusammen nicht mehr als 30% der Gesamtbreite des
umschlossenen Raumes betragen. Damit die Ringe 40 eine Wirkung ausüben können, sollte ihre zusammengefaßte
Breite zwischen etwa 10% und 20% der axialen Länge der Außenhülse 34 betragen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Elastische Lagerbüchse mit einem geformten Elastomer-Einsatz und zwei starren ringförmigen Hülsen, nämlich einer Innenhülse und einer gegenüber der Innenhülse wesentlich kürzeren Außenhülse, wobei der Einsatz zwischen den Hülsen in radialer Richtung komprimiert und infolge des Komprimierens um mindestens 50% seiner Länge vergrößert ist, der Einsatz gegenüber der Außenhülse zentriert ist und im eingebauten Zustand eine Länge von ungefähr 70% bis 95% der Länge der Außenhülse besitzt, wobei je ein abriebfester Ring, dessen Härte größer ist als die Härte des Elastomer des Einsatzes, axial neben den Enden des Einsatzendes in Anlage an der Innenhülse und unter Ausbildung eines Ringspaltes in einem Abstand von der Außenhülse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfesten Ringe (40) aus gegossenem Polyurethan mit einer Härte von 95° (Shore A) bestehen, die Gesamtbreite der Ringe (40) zwischen etwa 10% und 20% der axialen Länge der Außenhülse (34) beträgt und der Ringspalt nicht größer ist als die zweifache Strecke, um die sich die Innenhülse (32) und die Außenhülse (34) bei normaler radialer Belastung gegeneinander verlagern.
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