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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Lenkerlager in Form
eines elastomeren Buchsenlagers beziehungsweise einer Gummibuchse.
Sie bezieht sich insbesondere auf ein gattungsgemäßes Lager
mit einem, im Hinblick auf eine wirkungsvolle Isolation des Körperschalls
in allen Raumrichtungen, in den radialen Richtungen des Lagers verbesserten beziehungsweise
variierbaren Steifigkeitsverhältnis.
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Die
Achslenker von Kraftfahrzeugen werden zumeist mittels Gummibuchsen
gelagert, das heißt über entsprechende
elastomere Buchsenlager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Zu diesem
Zweck sind Buchsenlager unterschiedlichster Bauform bekannt. Entsprechende
Lager bestehen im Wesentlichen aus einem metallischen Innenrohr,
einem Außenrohr
und einem dazwischen angeordneten elastomeren Lagerkörper, wobei
in der Regel zumindest das Innenrohr und der Lagerkörper durch
Vulkanisation miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist es bekannt,
derartige Lager mit einer hydraulischen Dämpfung zu versehen. Hierzu
werden in dem elastomeren Lagerkörper
wenigstens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels
ausgebildet, welche durch einen Dämpfungsmittelkanal miteinander
verbunden sind. Der die Kammern verbindende Kanal ist dabei vorzugsweise
in einem in den Lagerkörper
einvulkanisierten Kanalträger
aus Metall beziehungsweise Aluminiumguss oder Kunststoff ausgebildet.
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Lenkerlager
dieser Art, auf welche sich die Erfindung bezieht, werden im Kraftfahrzeug
beispielsweise zur Lagerung von Querlenkern einer Radachse häufig so
verbaut, dass ihre Längsachse im
Wesentlichen in Richtung der Fahrzeuglängserstreckung verläuft. Die
auf dem Umfang des Lagers verteilt angeordneten Dämpfungsmittelkammern werden
dabei in Richtung der jeweiligen Fahrzeugradachse, dass heißt quer
zur Fahrzeuglängserstreckung
beziehungsweise zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Häufig ist
es dabei gefordert, dass die Lager in dieser radialen Richtung hohe
Federraten und bei in gleicher Richtung bestehenden Vorlasten und/oder
dynamischen Lasten eine hohe Dämpfung
aufweisen. Eine Möglichkeit,
dieser Forderung zu entsprechen, besteht in der Erhöhung der Shore-Härte des
elastomeren Lagerkörpers,
also der Verwendung härterer
Gummimischungen. Bei der Verwendung härterer Gummimischungen wird
jedoch für
viele Fälle
eine immer noch unzureichende Dämpfung
erreicht, während
aus der Erhöhung
der Shore-Härte
gleichzeitig eine unerwünscht
hohe dynamische Steifigkeit resultiert. Entsprechende Lager weisen
dabei in ihren beiden radialen Haupterstreckungsrichtungen, nämlich einerseits
radial über
die Dämpfungsmittelkammern
hinweg und andererseits in der dazu orthogonalen radialen Erstreckungsrichtung
ein Steifigkeitsverhältnis
von 1:3 bis 1:5 auf. Hieraus resultieren insbesondere schlechte
Isolierungseigenschaften in, bezogen auf den Fahrzeugaufbau, vertikaler
Richtung. Das heißt
die Fahrgastzelle des Fahrzeugs wird gegenüber akustischen Schwingungen
beziehungsweise auftretendem Körperschall
nicht hinreichend isoliert. In den meisten Fällen ist hingegen ein nahezu
ausgewogenes Verhältnis
zwischen den Steifigkeiten in den beiden radialen Hauptrichtungen
des Lagers wünschenswert.
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Eine
andere Möglichkeit,
die eingangs genannte Forderung zu erfüllen, besteht darin, die Kammern
bezüglich
des Einbaus am Kraftfahrzeug in einer Schrägstellung anzuordnen. Hieraus
resultieren jedoch in nachteiliger Weise verschlechterte Dämpfungseigenschaften.
Zur Beeinflussung des genannten Steifigkeitsverhältnisses sind Ausbildungsformen von
Gummibuchsen bekannt geworden, deren Gummikörper zueinander kreuzweise
angeordnete Stege aufweist, welche sich ausgehend von einem axial mittleren
Bereich des Lagers, in Richtung der axialen Lagerenden in einem
Winkel zur Lagerachse erstrecken. Ein entsprechendes, jedoch ohne
hydraulische Dämpfung
ausgebildetes Buchsenlager, ist beispielsweise in der
DE 100 06 178 A1 offenbart.
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Aus
der
GB 236 0344 A ist
darüber
hinaus ein in ähnlicher
Weise ausgebildetes elastomeres Buchsenlager mit hydraulischer Dämpfung bekannt. Bei
diesem Lager bringt die kreuzweise Anordnung der Stege den Nachteil
mit sich, dass die Dämpfungsmittelkammern
nur durch einen kurzen Kanal miteinander verbunden sind, mittels
welchem lediglich eine Reibungs- oder
Drosseldämpfung
realisierbar ist. Lager mit einem langen Kanal und einer durch diesen
langen Kanal bewirkten Massedämpfung
sind bei dieser Bauform kaum realisierbar. Ein weiterer Nachteil
von Lagern mit kreuzweise angeordneten Stegen besteht darin, dass
diese eine sehr breite Dämpfungscharakteristik
aufweisen, welche zudem bezüglich
der Frequenz von radial in das Lager eingetragenen Schwingungen
stark amplitudenabhängig
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Lenkerlager in Buchsenform und mit hydraulischer
Dämpfung
so auszubilden, dass dieses, im Hinblick auf eine wirkungsvolle
Isolation des Körperschalls
in allen Raumrichtungen, ein verbessertes Steifigkeitsverhältnis bezüglich seiner
radialen Richtungen aufweist. Vorzugsweise soll dabei das Steifigkeitsverhältnis in
Bezug auf die radialen Richtungen des Lagers durch einfache Maßnahmen
in einem weiten Bereich variierbar sein.
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Die
Aufgabe wird durch ein als elastomeres Buchsenlager mit hydraulischer
Dämpfung
ausgebildetes Lenkerlager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausbeziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die
Unteransprüche
gegeben. Das zur Lösung
der Aufgabe vorgeschlagene hydraulisch dämpfende Lenkerlager in Buchsenform
besteht in an sich bekannter Weise aus einem metallischen Innenrohr,
einem das Innenrohr umgebenden Außenrohr und einem zwischen dem
Innenrohr und dem Außenrohr
angeordneten, vorzugsweise mit dem Innenrohr durch Vulkanisation verbundenen
elastomeren Lagerkörper.
In dem Lagerkörper
sind Blähkammern
zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels
ausgebildet, welche bezogen auf die Umfangsrichtung des Lagerkörpers gegeneinander
versetzt angeordnet sind. Diese Kammern sind durch mindestens einen
Kanal miteinander verbunden, der in einem Kanalträgerelement
ausgebildet ist, welches in den Lagerkörper eingefügt und einvulkanisiert ist.
Das aus dem Lagerkörper
und dem darin einvulkanisierten Kanalträgerelement sowie dem gegebenenfalls
mit dem Lagerkörper
durch Vulkanisation verbundenen Innenrohr gebildete Gummi-Metall-Teil
wird über
vorzugsweise durch die Formgebung des Lagerkörpers an dessen äußerer Kontur
ausgebildete Dichtungen in das Außenrohr eingefügt. Hierdurch
werden die Blähkammern
und der Kanal abgedichtet. Bezogen auf die Umfangsrichtung des Lagers
sind die Blähkammern
voneinander durch parallel zur Lagerachse verlaufende Stege getrennt.
Sie sind ferner in der axialen Richtung von axial beidseitig der
Blähkammern
ausgebildeten, sich in das Lager hineinerstreckenden Ausnehmungen durch
jeweils mindestens zwei Kammerwände
beziehungsweise Blähwände getrennt.
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Erfindungsgemäß sind die
parallel zur Lagerachse verlaufenden und die Kammern in der Umfangsrichtung
des Lagers voneinander trennenden Stege durch sich mindestens von
einer axialen Stirnseite des Lagers innerhalb der Stege in axialer
Richtung in das Lager hineinerstreckende weitere Ausnehmungen des
Lagerkörpers
gegliedert. In Folge dieser Gliederung sind die Stege auf der betreffenden
axialen Stirnseite des Lagers in einem axialen Bereich und in einem
radialen Bereich durch zwei oder mehr Stegteile ausgebildet.
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Bevorzugt
ist eine Ausbildungsform mit zwei auf dem Lagerumfang einander gegenüberliegenden Blähkammern,
welche durch zwei in erfindungsgemäßer Weise gegliederte Stege
voneinander getrennt sind. Dabei ist die Gliederung der Stege derart, dass
sie jeweils in zwei Stegteile gegliedert sind und die im Bereich
einer oder beider Stirnseiten des Lagers gebildeten Stegteile, betrachtet
von der jeweiligen Stirnseite, eine X-Form ausbilden. Vorzugsweise sind
die Stege axial beidseitig durch entsprechende in sie hineinragende
Ausnehmungen gegliedert. Sie sind ferner vorzugsweise in der Weise
gegliedert, dass die Ausnehmungen, bezogen auf die jeweilige axiale
Stirnseite der Stege, in deren Mitte angeordnet sind. In der betreffenden
Axialansicht der Teilstege ergibt sich dabei eine Struktur, welche
als ein X mit vier gleich großen
Schenkeln erscheint. Selbstverständlich
ist aber auch die Realisierung anderer Geometrien möglich.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung des
Lagers wird dessen radiale Steifigkeit in der orthogonal zu einer
Verbindungslinie der Kammern verlaufenden radialen Richtung herabgesetzt.
Hierdurch stellt sich ein gegenüber
dem Stand der Technik für die
Isolation der Fahrgastzelle gegen Körperschall günstigeres
Steifigkeitsverhältnis
zwischen den beiden radialen Hauptrichtungen des Lagers ein.
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Die
Erfindung ist vorteilhaft dadurch ausgestaltet, dass das Steifigkeitsverhältnis im
Zuge der Fertigung durch die Größe und Form
der die Stege gliedernden Ausnehmungen einstellbar ist. Hierzu sind
bei der Ausbildung des aus dem Innenrohr und dem Lagerkörper bestehenden
Gummimetallteils lediglich entsprechende Elemente in die Form einzufügen, welche
durch ihre Geometrie die Form und die Größe dieser Ausnehmungen bestimmen.
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Bei
einer für
den praktischen Einsatz vorgesehenen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lenkerlagers
mit zwei Kammern und zwei Stegen, ragen in beide Stege von jeweils
beiden axialen Seiten her Ausnehmungen hinein, welche sich jeweils
nahezu bis zur axialen Lagermitte erstrecken. Die von jeder axialen
Stirnseite her in den jeweiligen Steg eingebrachten Ausnehmungen
sind dabei in der axialen Lagermitte lediglich durch eine verbleibende
dünne Gummihaut
voneinander getrennt. Hierdurch konnten in Versuchen Ausbildungsformen
des erfindungsgemäßen Lenkerlagers
realisiert werden, welche, bezogen auf die beiden radialen Hauptrichtungen,
nämlich
in der radialen Richtung über
die Kammern hinweg und in der dazu orthogonalen radialen Richtung, ein
Steifigkeitsverhältnis
von annähernd
1:1 aufweisen. Im Hinblick auf die bereits erwähnte Möglichkeit, das Steifigkeitsverhältnis durch
die Größe und die Form
der die Stege gliedernden Ausnehmungen zu variieren sind aber bei
dem erfindungsgemäßen Lenkerlager,
je nach den Erfordernissen des jeweiligen Einsatzfalls auch ganz
andere Steifigkeitsverhältnisse
in einfacher Weise realisierbar.
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Weitere
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lenkerlagers betreffen
die Anordnung von Radialanschlägen
innerhalb der axial ober- und unterhalb der Blähkammern angeordneten Ausnehmungen
sowie die Anordnung eines Bypasskanals zum Hauptkanal. Dabei ist
in dem kurzen Bypasskanal ein Sperrelement beziehungsweise ein Sperrventil
vorgesehen, welches nur bei hohen radialen, auf die Kammern einwirkenden
Lasten öffnet
und es dem fluiden Dämpfungsmittel
ermöglicht, über den
kurzen Bypasskanal von einer in die andere Blähkammer zu fließen. Hierdurch
wird das Lager vor Beschädigungen
durch hohe radiale Lasten geschützt.
Zur Erhöhung
der auf das Elastomer des Lagerkörpers
wirkenden Vorspannung wird das Innenteil des Lagers entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung des Lagers nach seiner Vulkanisation
mit dem Lagerkörper
aufgeweitet.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1:
Eine mögliche
Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers in einer räumlichen
Darstellung,
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2:
Das Lager gemäß 1 in
einer Schnittdarstellung mit einem axial durch die Blähkammern
geführten
Schnitt,
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3:
Das Lager gemäß 2 mit
Außenrohr
und aufgeweitetem Innenrohr
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4:
Das Lenkerlager gemäß 1 und 2 in
einer Schnittdarstellung mit einem axial durch die Stege geführten Schnitt,
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5:
Das Lager gemäß den vorhergehenden
Figuren in einer Schnittdarstellung mit einem radial geführten Schnitt.
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Die 1 zeigt
eine bevorzugte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lagers
in einer räumlichen
Darstellung. Das Lager ist in der Darstellung ohne das Außenrohr
gezeigt. Die Zeichnung zeigt folglich ein aus dem metallischen Innenrohr 1 und
dem dieses umgebenden sowie mit ihm durch Vulkanisation verbundenen
elastomeren Lagerkörper 2 gebildetes
Gummi-Metall-Teil. In dem Lagerkörper 2 sind
zwei Blähkammern 3, 4 zur
Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels
ausgebildet, welche nach dem Aufschieben des hier nicht gezeigten
Außenrohrs
in radialer Richtung durch das Außenrohr begrenzt und abgedichtet
werden. Das Außenrohr wird
nach dem Aufschieben, vorzugsweise durch Verringerung seines Durchmessers,
kalibriert und hierdurch eine Vorspannung auf den elastomeren Lagerkörper 2,
insbesondere auf die Dichtungen des Lagerkörpers 2 aufgebracht.
Bei dem erfindungsgemäßen Lager
ist es darüber
hinaus in vorteilhafter Weise möglich,
das Innenteil 1 nach der Vulkanisation mit dem Lagerkörper 2 mittels
eines Dorns aufzuweiten und so das Elastomer des Lagerkörpers 2 zusätzlich vorzuspannen.
Die Kammern 3, 4 sind durch einen Kanal 6 miteinander
verbunden, welcher in einem von dem Elastomer des Lagerkörpers 2 umgebenen,
in den nachfolgenden Schnittdarstellungen erkennbaren Kanalträgerelement 5 ausgebildet
ist.
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Axial
oberhalb der Kammern und axial unterhalb der Kammern sind, jedoch
in der 1 nicht zu sehen, jeweils Ausnehmungen 10, 11, 12, 13 in
dem elastomeren Lagerkörper 2 ausgebildet,
welche von den Kammern 3, 4 durch die, die Kammern 3, 4 begrenzenden,
in der 2 besser erkennbaren Bläh- beziehungsweise Kammerwände 14, 15, 16, 17 getrennt
sind. Wie aus der 1 ersichtlich, sind die Blähkammern 3, 4,
bezogen auf die Lagerumfangsrichtung, durch sich in axialer Richtung
a durch das Lager sowie parallel zur Lagerachse 9 erstreckende Stege 7, 8 voneinander
getrennt.
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Erfindungsgemäß und abweichend
gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten Formen hydraulisch dämpfender
Lenkerlager sind diese Stege 7, 8 durch weitere
zusätzliche,
in dem Lagerkörper 2 ausgebildete
Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 gegliedert.
Diese Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 erstrecken
sich von beiden axialen Stirnseiten des Lagers in axialer Richtung
a in die Stege 7, 8 hinein. Durch sie werden die
Stege 7, 8 so gegliedert, dass sie in der axialen
Draufsicht auf das Lager je Steg zwei Stegteile 7', 7'', 8', 8'' ausbilden
und die Stegteile 7', 7'', 8', 8'' hinsichtlich
ihrer Anordnung und Geometrie ein X mit vier gleich großen Schenkeln
ausbilden. Durch die in die Stege 7, 8 eingebrachten
Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 wird,
wie bereits ausgeführt,
die radiale Steifigkeit des Lagers über die Stege 7, 8,
also in der Z-Richtung, herabgesetzt. Hierdurch wird auch für Lager
mit hohen Federraten in der Y-Richtung und in gleicher Richtung
bestehenden Vorlasten ein ausgewogenes Steifigkeitsverhältnis zwischen
den beiden radialen Hauptrichtungen Y und Z des Lagers erreicht.
Das Lager weist dabei in der Y-Richtung eine hohe Dämpfung und
dennoch in der Z-Richtung
gute Isoliereigenschaften in Bezug auf Körperschallschwingungen auf.
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Die 2 zeigt
das Lager gemäß der 1 in
einer Schnittdarstellung, wobei der Schnitt axial durch die Blähkammern 3, 4 des
Lagers geführt
ist. Zu erkennen sind wiederum das Innenrohr 1 und der mit
ihm durch Vulkanisation verbundene elastomere Lagerkörper 2,
in welchem die Blähkammern 3, 4 ausgebildet
sind. Ferner ist in dieser Darstellung der die Kammern 3, 4 verbindende
Kanal 6 beziehungsweise Hauptkanal zu erkennen, welcher
in einem in den Lagerkörper 2 einvulkanisierten
Kanalträgerelement 5 ausgebildet
ist. In axialer Richtung a sind die Blähkammern 3, 4,
wie bereits ausgeführt,
von sich oberhalb und unterhalb der Kammern 3, 4 in
den Lagerkörper 2 hinein
erstreckenden Ausnehmungen 10, 11, 12, 13 durch
die sie in der axialen Richtung beziehungsweise in der X-Richtung
begrenzenden Kammerwände 14, 15, 16, 17 getrennt.
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In
der 3 ist das Lager gemäß 2 nochmals
nach dem Einfügen
des aus dem Innenrohr 1 und dem Lagerkörper 2 mit einvulkanisiertem
Kanalträgerelement 5 bestehenden
Gummi-Metall-Teils in
das Außenrohr 24 gezeigt.
Mit dem Aufschieben des Außenrohrs 24 auf
das Gummi-Metall-Teil beziehungsweise mit dem Einpressen des Gummi-Metall-Teils
in das Außenrohr 24 werden
die Blähkammern 3, 4 und
der Kanal 6 abgedichtet. Zudem ist das Innenrohr 1 des
Lagers nach dem Einfügen
in das Außenrohr 24,
beispielsweise durch Aufdornen, über seine
gesamte axiale Erstreckung, jedoch, wie ersichtlich, an seinen axialen Enden
etwas stärker,
aufgeweitet worden. Durch das Aufweiten wird die Vorspannung im
Elastomer des Lagerkörpers 2 erhöht, wobei
die verstärkte
Aufweitung in den axialen Endbereichen beim Einbau des Lagers im
Zusammenhang mit dessen Aufschieben auf einen Pin als Montageerleichterung
dient. Zudem wird durch die stärker
aufgeweiteten axialen Enden des Innenrohrs 1 eine Art Bördelung
ausgebildet, durch welche beispielsweise Clips, die nach der Vulkanisation
zur Ausbildung von Radialanschlägen
in das Lager eingefügt
werden, besser am Lager fixiert werden.
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Die 4 zeigt
das Lager gemäß 2, wiederum
ohne Außenrohr,
nochmals in einer anderen Schnittdarstellung, bei welcher der Schnitt
axial durch die, die Blähkammern 3, 4 in
der Umfangsrichtung voneinander trennenden Stege 7, 8 geführt ist. Der
Schnitt ist dabei in zwei unterschiedlichen, jedoch jeweils axial
verlaufenden Schnittebenen geführt,
welche einen Winkel zueinander aufweisen. In dieser Darstellung
sind die gemäß der Erfindung
in die Stege 7, 8 eingebrachten zusätzlichen
Ausnehmungen 18, 19, 20, 21,
welche die Stege 7, 8 gliedern, besonders gut
erkennbar. Die Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 sind
bei dem gezeigten Beispiel von beiden axialen Seiten des Lagers
in axialer Richtung a in die Stege 7, 8 hineingeführt und
erstrecken sich in diesen bis nahe der axialen Lagermitte hinein.
Im Bereich der axialen Lagermitte sind die jeweils einen Steg 7, 8 gliedernden
Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 durch
eine dünne
Gummihaut 22 voneinander getrennt. Durch die Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 wird die
radiale Steifigkeit in der über
die Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 hinwegführenden
radialen Richtung beziehungsweise in der Z-Richtung herabgesetzt und
so an die über
die Blähkammern 3, 4 bestehende radiale
Steifigkeit angeglichen.
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In
der 5 schließlich
ist das Lager nochmals in einem radial durch die die Ausnehmungen 18, 19, 20, 21 voneinander
trennende Gummihaut 22 geführten Schnitt gezeigt. Zu erkennen
sind wiederum das Innenrohr 1, der mit ihm durch Vulkanisation verbundene
elastomere Lagerkörper 2 sowie
die in dem Lagerkörper 2 ausgebildeten
Kammern 3, 4 und das von dem Elastomer des Lagerkörpers 2 umschlossene
Kanalträgerelement 5.
Ferner ist aus der Abbildung ersichtlich, dass die beispielhaft
gezeigte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Lenkerlagers neben dem
Hauptkanal 6 einen zusätzlichen
Bypasskanal 23 aufweist, durch welchen das Lager gegen
auf die Kammern 3, 4 einwirkende radiale Überlasten
geschützt
ist.
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- 1
- Innenrohr
- 2
- Lagerkörper
- 3,
4
- Kammer
- 5
- Kanalträgerelement
- 6
- Kanal
- 7,
8
- Steg
- 7', 7'', 8',
8''
- Stegteil
- 9
- Lagerachse
- 10,
11, 12, 13
- Ausnehmung
- 14,
15, 16, 17
- Kammerwand
- 18,
19, 20, 21
- Ausnehmung
- 22
- Gummihaut
- 23
- Bypasskanal
- 24
- Außenrohr