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Schwingungsabsorbierende C
Mittellagerung einer Welle, insbesondere
einer Antriebswelle eines Straßenfahrzeuges Die Erfindung betrifft eine schwingungsabsorbierende
Mittellagerung einer Welle, insbesondere einer Antriebswelle eines Straßenfahrzeuges,
bei der zwischen dem lagernden und dem gelagerten Bauelement ein etwa ringförmig
das gelagerte Bauelement unischließendes Zwischenstück aus einem gummiartigen, unter
Vorspannung stehenden Werkstoff angeordnet ist, wobei das Zwischenstück auf der
inneren und/ oder äußeren, in axialer Richtung sich erstreckenden Ring- bzw. Mantelfläche
mit Ausnehmungen versehen ist.
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Eine Wellenlagerung dieser Bauart ist insbesondere für eine Lenksäulenlagerung
von Kraftfahrzeugen, jedoch auch anwendbar für andere Wellenlagerungen in Kraftfahrzeugen,
bekanntgeworden. Die Aussparungen verlaufen hierbei achsparallel am Innen-und am
Außenmantel des Zwischenstückes und gehen zwischen dessen beiden Stirnflächen durch.
Beiderseits an die Stirnflächen angrenzende starre Scheiben, die am gelagerten Element
befestigt sind und noch das lagernde Element überdecken, stützen in axialer Richtung
und decken die Ausnehmungen ab. Axiale Beweglichkeit ist daher nicht vorhanden,
der Schutz gegen Eindringen von Schmutz in die Ausnehmungen ist unvollkommen. Letzterer
ist bei den ungeschützt an der Fahrzeugunterseite liegenden Antriebswellenlagerungen
besonders wichtig, weil eindringende Fremdkörper die Ausnehmungen allmählich zusetzen
und die Nachgiebigkeit der Lagerung dadurch verlorengeht.
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Bei Anwendung insbesondere auf Antriebswellenlagerungen ist diese
Lagerung auf Grund der stets vorzusehenden und durch ein Kardangelenk ermöglichten
Beweglichkeit der Welle erheblichen dynamischen Beanspruchungen in allen Richtungen
(radial und axial) ausgesetzt. Die zu erwartenden Beanspruchungen müssen von vornherein
dadurch berücksichtigt werden, daß durch eine entsprechende Ausbildung des Zwischenstückes
die Welle so gelagert wird, daß irgendwelche Auslenkungen anfänglich weich und mit
einem progressiven Anstieg in der Kennung des federnd wirkenden Zwischenstückes
aufgefangen werden.
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In solcher Weise nachgiebige Mittellagerungen von Antriebswellen sind
bekannt, z. B. durch einen das gelagerte Bauelement umschließenden Massivgummiring
von im Verhältnis zur axialen Erstreckung großer Höhe in radialer Richtung. Bei
einer anderen bekannten Mittellagerung ist das gestützte Mittellager über einen
relativ harten massiven Gummiring axial und radial elastisch in einem Zwischenträger
gelagert, der seinerseits an zwei Punkten axial und radial über Gummiringpaare elastisch
am Fahrzeugrahmen abgestützt ist. Die letzteren Gummiringe haben zur Erhöhung der
Elastizität achsparallele, von Stirnfläche zu Stirnfläche durchgehende Bohrungen,
die durch Anschlagscheiben abgedeckt sind. Die Progressivität wird hier also durch
Aufteilung der elastischen Zwischenstücke erreicht. Beide Anordnungen haben großen
Platzbedarf, die letztere Anordnung ist auch sehr aufwendig.
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Es sind ferner schwingungsabsorbierende Lagerungen für Antriebsmaschinen
von Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen ein mit der Antriebsmaschine verbundener
Zapfen in einen Gummikörper eingelagert wird, der seinerseits von einem mit dem
Fahrzeugrahmen verschraubten Gehäuse umgeben ist. Der Gummikörper ist genau in das
Gehäuse, eingepaßt, so daß die in verschiedenen Richtungen auftretenden Kräfte nur
durch Kompression des Gummikörpers aufgenommen werden. Aussparungen oder Taschen,
welche es dem Gummikörper ermöglichen, sich unter der Einwirkung der am Zapfen angreifenden
Belastungen zu verformen, werden durch das Rahmengehäuse, verschlossen. Diese Aussparungen
sind schmutzgeschützt, jedoch können weitere Aussparungen des Gummikörpers über
den Umfang des Zapfens verschmutzen und allmählich ausgefüllt werden, wodurch die
Nachgiebigkeit der Anordnung im ganzen
sich verschlechtert. Durch
eindringendes öl, mit dem in der Umgebung eines Stützlagers immer gerechnet
werden muß, kann auch eine chemische Zerstörung auftreten. Außerdem ergeben sich
in allen Belastungsrichtungen Druckbeanspruchungen mit entsprechend hohen Stützkräften.
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Es sind auch bereits mit vom lagernden Element verschlossenen Taschen
versehene Gummielemente zur Aufhängung von Blattfedem verwendet worden, wobei die
Taschen die Nachgiebigkeit der Gummiauffiängung in einer Richtung gegenüber der
anderen Richtung vergrößern und die eingeschlossene Luft zusätzlich zur Federung
beiträgt. Die Taschen sind jedoch nur für Nachgiebigkeit in einer Richtung ausgelegt.
Eine Anwendung auf Mittellagerungen mit bekanntlich umlaufenden Kräften ist nicht
ohne weiteres möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von den bekannten Wellenmittellagerungen,
eine einfache, platzsparende Anordnung zu schaffen, bei der durch Aussparungen die
Steifigkeit in den verschiedenen Belastungsrichtungen beeinflußbar ist und die Aussparungen
zuverlässig und auf die Dauer gegen Verschmutzung gesichert sind, um die elastischen
Werte auch ün Dauerbetrieb in einer stark verunreinigten Umgebung aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Ausnehmungen in an sich bekannter
Weise als Taschen ausgebildet sind, die sich von der betreffenden Ring- bzw. Mantelfläche
aus in Richtung auf das an die andere Ringfläche angrenzende Lagerbauelement erstrecken
und durch die Gegenfläche des lagernden bzw. des gelagerten Bauelementes abgeschlossen
sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann, ausgehend
von einer Mittellagerung mit einem mit dem Zwischenstück aus gummiartigem Werkstoff
verbundenen Stützrohrstück aus Metall, das Zwischenstück von einem Streifen gebildet
werden, welcher einseitig mit einem Metallband verbunden und derart ring- oder teilringähnlich
geformt ist, daß das Metallband als Stützrohrstück dient. Schließlich sind nach
einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung in dem Ringraum zwei nebeneinander
und parallel zueinander angeordnete Ringe, wie an sich bekannt, vorgesehen, deren
einander gegenüberliegende Flächen mit Taschen versehen sind. Das Schließen der
Taschen hat dabei nicht nur eine unmittelbare Auswirkung auf die Federeigenschaft
des Zwischenstückes, sondern auch eine mittelbare insofern, als dadurch eine möglicherweise
durch das Eindringen von Schmutz erfolgende Zerstörung oder zumindest Beeinträchtigung
der Federwirkung ausgeschlossen wird.
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Da der Gunmüring in einem seitlich geöffneten Ringraum zwischen den
Rohrstücken angeordnet ist, kann er sich auch frei in axialer Richtung verformen,
so daß die in dieser Richtung auftretenden Belastungen von Scherkräften innerhalb
des Gummis aufgenommen werden. Radiale Belastungen nimmt der Ring durch Kompression
auf. Allerdings haben die eingangs als bekannt ausgeführten Mittellagerungen von
Antriebswellen diese axiale Beweglichkeit unter Scherbelastung bei gleichzeitiger
Aufnahme der Radialkräfte durch Druckbeanspruchung ebenfalls. Wichtig ist auch,
daß die Steifigkeit in verschiedenen (radialen und axialen) Richtungen sich im Betrieb
nicht wesentlich ändert, was dadurch sichergestellt wird, daß alle Taschen verschlossen
gehalten werden, so daß sich dort kein Schmutz oder Sand ansammeln kann, der die
Verformung des Gummiringes stört oder auf mechanischem und chemischem Wege eine
örtliche Struktur- und Steifigkeitsänderung des Gummiringes hervorruft. Diesen Vorteil
weist zwar die, erwähnte bekannte Blattfederaufhängung auch auf, aber in Verbindung
mit einer anderen Anordnung.
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In den Zeichnungen sind verschiedene, nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine zur Hälfte geschnittene Seitenansicht
einer erfindungsgemäßen Lagerung, Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie II-II der
Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer abgewandelten
Lagerung, Fig. 4, 5 und 6 der Fig. 2 entsprechende Darstellungen von
abgewandelten Ausführungsformen, der Lagerungen, Fig. 7 bis 13 verschiedene
Anordnungen des schwingungsabsorbierenden Werkstoffes, Fig. 14 eine Seitenansicht
eines Teiles der erfindungsgemäßen Lagerung, Fig. 15, 16 -und 17 der
Fig. 2 ähnliche Ansichten von abgewandelten Ausführungsformen gemäß der Erfindung,
Fig. 18 eine zur Hälfte geschnittene Seitenansicht einer anderen Anordnung
des schwingungsabsorbierenden Werkstoffes und Fig. 19 einen Schnitt entlang
der Linie XX-XX der Fig. 18.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Lagerung ist ein äußeres Gehäuse
20 von U-förmiger Gestalt mit Befestigungslaschen 21 versehen, mit denen es an einem
Bügel 22 oder am Fahrzeugrahmen des Motorfahrzeuges befestigt werden kann.
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Als inneres Gehäuse der Lagerung dient ein Ring 23, welcher
innerhalb des äußeren Gehäuses 20 angeordnet ist und dazu dient, unmittelbar ein
Lager für die Antriebswelle aufzunehmen. Die Gehäuseteile 20 und 23 sind
konzentrisch zueinander angeordnet. Als Lager kommt beispielsweise ein Kugel- oder
Rollenlager in Frage, deren äußere Laufringe vorn Ring 23 aufgenommen werden.
Das äußere Gehäuse 20 dient dazu, den Ring 23 mit Hilfe eines letzteren umschließenden
Zwischenstückes 24 aus schwingungsabsorbierendem Werkstoff zu tragen. Das federnde
Zwischenstück 24 kann aus natürlichem oder synthetischem Gummi bestehen. Das Zwischen
stück 24 ist als in der Außenkontur D-förmiger Ring ausgeformt, der an der Stelle
25 geschlitzt ist, so daß er leicht um den Ring 23 herumgelegt werden
kann, um dann anschließend im äußeren Gehäuse 20 so eingebettet zu werden, daß das
D-förmige Zwischenstück 24 zwischen dem Gehäuseteil 20, dem Bügel 22 und dem Ring
23 in seiner Lage unter Vorspannung gehalten wird.
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Bei der Herstellung des Zwischenstückes 24 wird dieses mit radial
nach innen geöffneten Taschen 26
und mit radial nach außen geöffneten Taschen
27
versehen. Jede der Gruppen von Taschen 26 oder 27
kann auch
allein vorgesehen werden. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß die Taschen
26 und 27 so ausgebildet sind, so daß sich die Seitenwände der Taschen
mit ihren begrenzenden Mantelflächen entweder an dem Ring 23, an das äußere
Gehäuse 20 oder den Bügel 22 anlegen können. Auf diese Weise sind die
Öff-
nungen der Taschen verschlossen, so daß ein Zutritt
zum
Inneren der Taschen verhindert wird und kein Schmutz und Öl eindringen kann.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das äußere Gehäuse mit nach innen eingezogenen
Rändern 28 versehen, welche beidseitig das D-förinige Zwischenstück 24 so
umfassen, daß die stehengebliebenen Seitenwände der Taschen zwischen den Rändern.28
so in ihrer Lage gehalten werden, daß das Zwischenstück 24 weder verschoben werden
noch Schmutz und Öl in die Taschen eindringen kann.
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Die Taschen können gleichmäßig um die Achse 29 herum verteilt
oder auch unregelmäßig angeordnet werden. Des weiteren können alle Taschen die gleichen
oder auch unterschiedliche Abmessungen aufweisen, und es ist in jedem Falle möglich,
die Taschen so anzuordnen und auszubilden, daß jedes gewünschte Steifigkeitsverhältnis
in verschiedenen Richtungen erzielt werden kann.
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In Fig. 3 sind zwei Varianten der Lagerung dargestellt. Gemäß
Ausführung rechte Hälfte ist ein streifenföriniges Zwischenstück 24a vollständig
um den Ring 23 herumgelegt. Es ist entsprechend der Ausführungsform. gemäß
Fig. 1 mit Taschen 26 und 27 versehen. Das Zwischenstück24a
wird in seiner Lage um den Ring23 herum mit einem als äußeres Gehäuse dienenden
Halteband 30 gehalten, welches zur Befestigung an einem Bügel 32 mit
Laschen 31
versehen ist. Ein zweites Halteband 33, das in ähnlicher
Weise mit Laschen 31 a am Bügel 32 befestigt ist, vervollständigt
das äußere Gehäuse.
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Gemäß der Ausführung in der linken Hälfte von Fig. 3, bei der
das äußere Gehäuse wie in der rechten Hälfte geformt ist, ist das Zwischenstück
24 b zweiteilig mit einem etwa halbringförmigen unteren Streifen 34 und einem
etwa halbringförmigen oberen Streifen 35 ausgebildet.
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Die Konstruktionen gemäß der linken oder rechten Hälfte von Fig.
3 können, indem man die Laschen 31 und 31a nach oben richtet, leicht
so abgewandelt werden, daß die Aufhängung vollständig unterhalb der Bügel 32
erfolgt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist das Zwischenstück
38 aus schwingungsabsorbierendem Werkstoff zwischen einem äußeren Halteband
oder Ring 20a mit konisch eingezogenen Seitenrändem 36 und einem Ring
37 mit radial nach außen konvexem Querschnitt gelagert. Das Zwischenstück
38
ist mit Taschen 39 versehen, deren Seitenwände mit ihren radial
außenliegenden Randflächen an den konischen Seitenflächen der Seitenränder
36 anliegen und von der genauen Radialrichtung beiderseits etwas divergierend
ausgebildet sind. Ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Konstruktionen sind auch
hier die Taschen gegen ein Eindringen von Schmutz und Öl abgedichtet.
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Der Radius a des Ringes 37 kann kleiner sein als der minimale
Radius b der konisch eingezogenen Seitenränder 36, so daß der Ring
37 in axialer Richtung aus dem Halteband 20 a herausgenommen werden kann.
Jedoch kann auch der Radius a etwas größer als der Radius b gemacht werden,
so daß der Ring 37 aus dem Halteband 20 a nicht austreten kann, wodurch eine
Sicherheitsvorkehrung getroffen ist, die eine ungewollte Trennung der Teile verhindert.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsforin kann der Ring 37 mit
einer konkaven Fläche und das äußere Halteband 20 a mit einer gegen den Ring
37
gerichteten konvexen Fläche versehen sein. Auch bei dieser Konstruktion
können wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Radien des Ringes und des umgebenden
Gehäusebandes so ausgewählt sein, daß eine, unerwünschte Trennung in axialer Richtung
verhindert wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der zur Aufnahme eines
Lagers vorgesehene innere Ring 40 mittig mit einem nach außen gerichteten, sich
über den Umfang erstreckenden Steg 41 versehen, welcher mit zwei mit Taschen 43
versehenen ringförmigen Zwischenstücken 42 aus schwingungsabsorbierendem Werkstoff
kombiniert ist. Diese Zwischenstücke 42 werden zumindest teilweise von einem äußeren
Ge-5 häuseband 44 od. dgl., welches mit nach innen gerichteten Rändern 45 versehen
ist, in ihrer Lage gehalten. Wiederum ist zu beachten, daß die öffnungen der Taschen
43 vollständig gegenüber einem Eindringen von Schmutz und Öl verschlossen
sind. Die Zwischenstücke 42 können mit dem inneren Ring 40 verklebt oder auf andere
Weise fest verbunden werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann der
Radius a, um eine unerwünschte Trennung der Teile 40 und 44 zu vermeiden, größer
als der Radius b sein.
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Eine, ähnliche Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt, in der
der mit dem Bezugszeichen 46 versehene innere Ring aus einem Streifen beispielsweise
durch Walzen so geformt ist, daß eine nach außen gerichtete Sicke 47 entsteht. Die
Zwischenstücke, 42 werden in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.
5 in ihrer Lage gesichert; das äußere Gehäuseband ist jedoch in der Fig.
6 nicht dargestellt.
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In Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 sind schematisch verschiedene
Formen angegeben, gemäß denen die Zwischenstücke 24, 34, 35 bzw.
38 ausgebildet werden können. Bei jeder dieser Varianten hat der schwingungsabsorbierende
Werkstoff die Gestalt von durch Ausformen oder in sonstiger Weise erzeugten Streifenabschnitten.
Bei der Herstellung in Längenabschnitten und auch bei kontinuierlicher Fertigung
lassen sich die Kosten für diese Streifen sehr niedrig halten, wobei jedes für die
Verwendung in einer speziellen Anordnung erforderliche Stück von den auf diese Weise
erzeugten Streifenabschnitten abgeschnitten werden kann.
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In Fig. 12 ist ein Streifen aus schwingungsabsorbierendem Werkstoff
dargestellt, welcher aus Blöcken 48 besteht, die mit Hilfe von Seitenwänden 49 verbunden
sind, wobei der Streifen mit einem dünnen Metallband 50 verklebt ist, so
daß zwischen den Seitenwänden 49, den Blöcken 48 und dem Band 50
Taschen
53 entstehen. Ein zusammengesetzter Streifen gemäß Fig. 12 kann, wie Fig.
14 zeigt, mit innenliegendem Metallband 50 um den inneren Ring
23
herumgewickelt werden, oder aber es kann auch die entgegengesetzte Anordnung
getroffen werden, bei der die Blöcke 48 am inneren Ring 23 anliegen und das
Metallband 50 dem äußeren Gehäuse zugewandt ist. Bei der letztgenannten Anordnung
werden die Öffnungen der Taschen 53 von dem das Mittellager aufnehmenden
inneren Ring 23 geschlossen, während bei der erstgenannten Anordnung genau
wie bei den anderen erläuterten Anordnungen ein Gehäuse vorgesehen wird, um die
Taschen 53 abzudecken.
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Fig. 13 zeigt einen der Fig. 12 ähnlichen Streifen, bei dem
zusätzlich ein Basisstreifen 55 aus dem elastischen Werkstoff vorgesehen
ist, welcher mit den
Blöcken 48 und den Seitenwänden 49 die Taschen
53 bildet. Der Basisstreifen 55 ist mit dem Metallband 50 verklebt
oder in sonstiger Weise befestigt.
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In Fig. 14 ist ebenso wie in den Fig. 12 und 13 ein zusammengesetzter
Streifen aus schwingungsabsorbierendem Werkstoff dargestellt, bei dem das Band
50 zu einem geschlitzten Ring verformt ist. Davon abweichend können die Enden
des Bandes oder des Grundstreifens so vereinigt werden, daß ein geschlossener Reifen
entsteht. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Materialstreifen
gemäß
Fig. 7 bis 10 auch auf einem geschlossenen Ring oder einem
Rohr angebracht werden.
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Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 15, 16
und 17 ist
der Streifen nicht zwischen Begrenzungsanschlägen, wie beispielsweise, den Rändern
28 bei Fig. 2 oder den konisch eingezogenen Seitenwänden 36 der Fig.
4 angeordnet, sondern dadurch in seiner Lage gesichert, daß er unter entsprechender
Kornpression zwischen dem inneren Ring und dem umgebenden Band oder sonstigen Gehäusetellen
so eingeklemmt ist oder davon abweichend so gestreckt wird, daß er straff an den
entsprechenden Teilen zum Anliegen kommt. Bei jeder dieser Formen kann der Streifen
zusätzlich mit den angrenzenden Bauteilen beispielsweise durch Kleben verbunden
werden.
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Es versteht sich, daß die Streifen gemäß Fig. 15,
16
und 17 analog zu den vorher beschriebenen Formen mit entsprechenden Taschen
ausgebildet sind.
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Eine weitere Anordnung des schwingungsabsorbierenden Zwischenstückes
für eine in den Fig. 1
und 2 dargestellte Lagerung ist aus den Fig.
18 und 19 zu ersehen.