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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elastomer-Metall-Lager, insbesondere für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Elastomer-Metall-Lager sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in der Lagerungstechnik angewandt, wenn Verdrehbewegungen, radiale oder axiale Verschiebungen von Lagerteilen zueinander vorliegen. Diese Elastomer-Metall-Lager werden auch im Kraftfahrzeugbau angewandt. Sie werden dort als Federungs- und Verbindungselemente eingesetzt, die in axialer, radialer und Verdrehrichtung federnd wirken. Häufig werden Elastomer-Metall-Lager im Kraftfahrzeugbau verwendet, um beispielsweise den Fahrzeugaufbau gegen vom Fahrwerk, also zum Beispiel von den Rädern, der Radaufhängung, der Federung, den Stoßdämpfern oder der Lenkung, kommende Geräuschschwingungen zu isolieren und Verbindungen des Rahmens sowie Einbautoleranzen auszugleichen.
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Allgemein weist ein Elastomer-Metall-Lager als Hauptbestandteile ein stabiles Innenteil und ein stabiles Außenteil auf, zwischen denen eine Elastomerschicht angeordnet ist. Grundsätzlich ist die Elastomerschicht mit dem Innenteil, beispielsweise einer Metallhülse bzw. einem Metallrohr, und dem Außenteil, beispielsweise ebenfalls einer Metallhülse bzw. einem Metallrohr, festhaftend verbunden. In einem eingebauten Zustand ist das Elastomer-Metall-Lager mittels des Außenteils mit einem ersten Lagerteil und mittels des Innenteils mit einem angrenzenden zweiten Lagerteil verbunden. Die Verbindung des Elastomer-Metall-Lagers mit den jeweiligen Lagerteilen kann beispielsweise durch Zusammenfügen mittels Preßsitz, Verschrauben, Verschweißen, Verkleben usw. erfolgen. Das Elastomer-Metall-Lager stellt somit eine elastische, federnde Verbindung zwischen den beiden Lagerteilen her.
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Insbesondere sind die vorgenannten Elastomer-Metall-Lager heutzutage in Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen zur Herstellung von so genannten einschnittigen Verbindungen zwischen zwei Bauteilen der Radaufhängung, beispielsweise zwischen einem Querträger und einem an diesem angelenkten Lenker oder einem auskragenden Arm eines Radträgers, weit verbreitet. Hierbei wird das mit dem Innenteil des Elastomer-Metall-Lagers zu verbindende Lagerteil beispielsweise mittels eines Bolzens bzw. einer Schraube, die durch das als Rohr ausgebildete Innenteil gesteckt ist, mit dem Innenteil verbunden. Das Lagerteil liegt demnach in einem Verbindungsabschnitt reibschlüssig an einer z. B. aus dem Elastomer-Metall-Lager (geringfügig) herausragenden Stirnfläche des Innenteils an. Auch moeglich ist, dass z. B. die Verbindung so ausgebildet oder konstruiert ist, dass nur die Stirnflaeche des Innenteils des Elastomer-Metall-Lagers in Kontakt treten kann. Bei den Elastomer-Metall-Lagern der bekannten Art ist diese Stirnfläche des Innenteils flach ausgebildet, das heißt beispielsweise bei einem zylinderförmigen Elastomer-Metall-Lager mit einem als Rohr ausgebildeten Innenteil, dass die Stirnfläche quer, z. B. 90° zu der durch das Rohr definierten Längs- bzw. Lagerachse verläuft.
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Diese Art der reibschlüssigen Verbindung zwischen dem Lagerteil und dem Elastomer-Metall-Lager bzw. dem Innenteil des Elastomer-Metall-Lagers unterliegt bezüglich der Kraftübertragung gewissen Beschränkungen, da die ausschlaggebenden Faktoren, wie zum Beispiel die Reibungskräfte zwischen dem Lagerteil und der Stirnfläche des Innenteils und die Axialbelastungen des Bolzens bzw. der Schraube, nicht beliebig gewählt werden können. Anzuführen sind hier insbesondere die Materialien des Lagerteils und dem Innenteil des Elastomer-Metall-Lagers, die resultierenden Reibbeiwerte, die Oberflächengestaltung und -güte, sowie die Querschnitte der Verbindungsstelle. Die Übertragung von hohen Querkräften, das heißt von Kräften, die quer zur Längs- bzw. Lagerachse des Elastomer-Metall-Lagers verlaufen, erfordert bei der vorgenannten Art der reibschlüssigen Verbindung relativ hohe Vorspannkräfte, die durch den Bolzen bzw. die Schraube aufzubringen sind. Dies führt bei vorgegebenen Maximalgrößen von sicher zu übertragenden Querkräften häufig zu relativ großen Bolzendurchmessern und zwangsläufig zu einer Vergrößerung des Elastomer-Metall-Lager-Durchmessers.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein kompaktes Elastomer-Metall-Lager aufzuzeigen, das trotz kleinerer Abmaße des Bolzens wesentlich höhere Querkräfte zwischen einem mit einem Innenteil verbundenen Bauteil bzw. Lagerteil und dem Innenteil übertragen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elastomer-Metall-Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager weist ein im Wesentlichen starres Innenteil, eine elastomere Hülse und ein im Wesentlichen starres Außenteil auf. Die elastomere Hülse, zum Beispiel eine Gummihülse, ist zwischen dem Innenteil und dem Außenteil angeordnet. Erfindungsgemäß ist das Innenteil an wenigstens einem axialen Endabschnitt derart ausgebildet, dass es bezüglich einer Kraftübertragung quer zu einer durch das Innenteil definierten Lagerachse (Querkraft) einen Formschluß mit einem mit dem Innenteil verbindbaren, angrenzenden Bauteil bzw. Lagerteil bildet. Die bezüglich der Querkräfte formschlüssige Verbindung zwischen dem angrenzenden Bauteil und dem Innenteil des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers ermöglicht eine wesentliche Verbesserung der mit dem erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lager erzielbaren Kraftübertragung. Insbesondere erlaubt die formschlüssige Verbindung im Vergleich zu einer reibschlüssigen Verbindung bei Elastomer-Metall-Lagern nach dem Stand der Technik eine mehrfach höhere Kraftübertragung quer zur Längs- bzw. Lagerachse, die durch das Innenteil festgelegt ist. Beispielsweise kann eine 6 bis 8fach höhere Kraftübertragung erreicht werden, was natürlich nur beispielhaft und nicht beschränkend sein soll.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lager infolge des Formschlusses wesentlich höher erreichbare Kraftübertragung erlaubt es andererseits, die durch den Bolzen bzw. die Schraube zwischen dem angrenzenden Bauteil bzw. Lagerteil und dem Innenteil des Elastomer-Metall-Lagers aufgebrachte Vorspannkraft im Vergleich zu einem Elastomer-Metall-Lager nach dem Stand der Technik erheblich zu verringern. Mit anderen Worten kann mit der geringeren erforderlichen Vorspannkraft der Durchmesser des Bolzens bzw. der Schraube verringert werden, was insgesamt den Materialeinsatz reduziert und den Bau kompakterer Elastomer-Metall-Lager ermöglicht, die folglich ein geringeres Gewicht aufweisen. Darüber hinaus gewährleistet das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager durch den Formschluß eine sichere Anbindung des mit dem Innenteil verbundenen Bauteils.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein axialer Endabschnitt des Innenteils des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers winklig angeschrägt, bevorzugt konisch ausgebildet. Das mit dem Innenteil verbundene angrenzende Bauteil bzw. Lagerteil weist vorteilhafterweise wenigstens in dem Bereich, in dem es an dem Innenteil bzw. dem axialen Endabschnitt des Innenteils anliegt, eine zu der von dem axialen Endabschnitt vorgegebenen Konusform korrespondierende negative Form auf, so dass der axiale Endabschnitt des Innenteils und das Lagerteil wenigstens in dem Verbindungsabschnitt formschlüssig im Sinne der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden sind. Der Konussitz gewährleistet eine sehr gute formschlüssige Kraftübertragung quer zu der durch das Innenteil festgelegten Lagerachse des Elastomer-Metall-Lagers. Darüber hinaus erlaubt der Konussitz eine bessere und einfachere Ausrichtung bzw. Zentrierung der mittels des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers miteinander verbindbaren Lagerteile, was die Montage erheblich vereinfacht, da spezielle Verbindungstechniken, wie im Stand der Technik teilweise erforderlich, entfallen können. Geringfügige Abweichungen der Bauteileabmessungen werden durch den Konussitz zudem besonders vorteilhaft ausgeglichen.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Innenteil als metallische Hülse ausgebildet, die von der elastomeren Hülse festhaftend umgeben ist. Bevorzugt ist die elastomere Hülse an dem Innenteil bzw. der inneren metallischen Hülse anvulkanisiert. Dies gewährleistet eine sichere Krafteinleitung von dem mit dem Innenteil verbundenen Lagerteil in die elastomere Hülse, die beispielsweise aus einem geeignet elastischen Gummimaterial gebildet ist. Ferner ist das Außenteil ebenfalls besonders vorteilhaft als metallische Hülse ausgebildet, die die elastomere Hülse wiederum festhaftend umgibt. Bevorzugt ist die elastomere Hülse ebenfalls an dem Außenteil bzw. der äußeren metallischen Hülse anvulkanisiert. Insgesamt ergibt sich somit eine sichere, elastische und federnde Verbindung zwischen einem mit dem Innenteil verbundenen ersten Lagerteil und einem mit dem Außenteil verbundenen zweiten Lagerteil.
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Ferner weist das Innenteil vorteilhaft im Wesentlichen dieselbe Länge auf wie die elastomere Hülse. Größere oder kleinere Längen des Innenteils gegenüber der elastomeren Hülse, die von der speziellen Ausgestaltung des bzw. der axialen Endabschnitte des Innenteils herrühren, sind von der vorstehenden Formulierung ebenfalls mit umfaßt. So kann der erfindungsgemäß ausgebildete axiale Endabschnitt je nach gewählter Ausgestaltung beispielsweise aus der elastomeren Hülse herausragen oder in sie hineinragen, um eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Innenteil und dem mit diesem verbundenen angrenzenden Bauteil bzw. Lagerteil bezüglich zu übertragender Querkräfte zu gewährleisten. Im Wesentlichen weist das Innenteil jedoch dieselbe Länge auf wie die elastomere Hülse (nur der konisch ausgeführte Endabschnitt ragt aus der elastomeren heraus oder in diese hinein), wodurch eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers erzielbar und der Materialeinsatz auf ein Minimum reduzierbar ist.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers,
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2 eine schematische Schnittansicht der beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers aus 1 und
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3 eine schematische Schnittansicht eines Elastomer-Metall-Lagers nach dem Stand der Technik.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers 1. Das Elastomer-Metall-Lager 1 weist ein im Wesentlichen starres Innenteil 2, eine elastomere Hülse 3 (2) und ein im Wesentlichen starres Außenteil 4 auf. Die elastomere Hülse 3 ist zwischen dem Innenteil 2 und dem Außenteil 4 angeordnet. Insbesondere ist das Innenteil 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als metallische Hülse bzw. metallischer Zylinderring mit einer Bohrung 5 ausgebildet. Die Bohrung 5 dient der Aufnahme eines in der 1 nicht dargestellten Bolzens bzw. einer Schraube, mit deren Hilfe ein ebenfalls nicht dargestelltes angrenzendes Bauteil bzw. Lagerteil mit dem Innenteil 2 des Elastomer-Metall-Lagers 1 verbindbar ist.
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Ferner legt das Innenteil 2 in 1 entsprechend seiner Längserstreckung eine Lager- bzw. Längsachse 6 des Elastomer-Metall-Lagers 1 fest. Wie 1 zu entnehmen ist, ist das Außenteil 4 des Elastomer-Metall-Lagers 1 mit einem Bauteil bzw. Lagerteil, beispielsweise einem Querlenker einer Radaufhängung verbunden, z. B. verschweißt oder ein- oder aufgepreßt. Das Außenteil 4 ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ähnlich wie das Innenteil 2 als metallische Hülse bzw. metallischer Zylinderring ausgebildet, in dem die elastomere Hülse 3 aufgenommen ist.
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In 2 ist eine schematische Schnittansicht der beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers 1 aus 1 gezeigt. Der 2 ist zu entnehmen, dass das Innenteil 2 an dem in der Zeichnung oben liegenden, ersten axialen Endabschnitt 7 konisch ausgebildet ist und einen Konussitz 8 aufweist. An dem in der Zeichnung unten liegenden, zweiten axialen Endabschnitt 9 ist das Innenteil 2 flach und im Wesentlichen bündig zur elastomeren Hülse 3 ausgebildet.
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Lediglich der Konussitz 8 ragt, wie in der 2 zu sehen ist, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers 1 einseitig, nämlich am ersten axialen Endabschnitt 7 aus der elastomeren Hülse 3 heraus. Insofern weist das Innenteil 2 eine Länge auf, die im Wesentlichen der Länge der elastomeren Hülse 3 entspricht, was eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers 1 ermöglicht.
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Das mit dem Innenteil 2 verbindbare, angrenzende Bauteil bzw. Lagerteil, das in 2 nicht dargestellt ist, wird beispielsweise mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Bolzens bzw. einer Schraube, der bzw. die durch die Bohrung 5 des Innenteils 2 gesteckt wird, an dem Innenteil 2 derart befestigt, dass das Lagerteil an dem axialen Endabschnitt 7 des Innenteils 2 anliegt. Vorteilhafterweise ist das Lagerteil an dem Verbindungsabschnitt, der an den axialen Endabschnitt 7 des Innenteils 2 angrenzt, derart ausgebildet, dass der Verbindungsabschnitt des Lagerteils eine dem Konussitz 8 des Innenteils 2 entsprechende, negative Form aufweist, so dass der Verbindungsabschnitt des Lagerteils den Konussitz 8 des Innenteils 2 formschlüssig aufnimmt. Der Konussitz 8 des Innenteils 2 bildet somit bezüglich quer zur Lagerachse 6 angreifender Kräfte (Querkräfte) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerteil und dem Innenteil 2.
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Die Querkräfte können mittels der formschlüssigen Verbindung sicher von dem mit dem Innenteil 2 verbundenen Lagerteil auf das Innenteil 2 übertragen werden und umgekehrt. Im Vergleich zu einer reibschlüssigen Verbindung zwischen einem Lagerteil und einem Innenteil eines Elastomer-Metall-Lagers nach dem Stand der Technik, wie er im Zusammenhang mit der Beschreibung der 3 nachstehend noch erläutert werden wird, ermöglicht die durch das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager 1 bereitgestellte formschlüssige Verbindung eine mehrfach höhere Kraftübertragung quer zur Längs- bzw. Lagerachse 6.
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Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager 1 mit dem Übertragen der Querkraft über den erfindungsgemäßen Konus, also durch den Formschluß, die für eine sichere Querkraftübertragung erforderliche Vorspannkraft, mit der das Lagerteil mittels des Bolzens bzw. der Schraube gegen das Innenteil 2 gedrückt wird, zu verringern, da nicht mehr die Reibung in der Trennfuge die Grenze der sicher übertragbaren Querkraft bedingt. Hierdurch können Bolzen bzw. Schrauben mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden und somit ist ein besonders kompakter Aufbau des Elastomer-Metall-Lagers 1 möglich. Insgesamt läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lager 1 folglich der Materialeinsatz und somit das Gewicht verringern. Ferner führt der Konussitz 8 zu einer automatischen Zentrierung der mit dem Elastomer-Metall-Lager 1 verbundenen Lagerteile, wodurch zusätzlich die Montage erleichtert wird.
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In 3 ist ein Elastomer-Metall-Lager 10 nach dem Stand der Technik in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Das dargestellte Elastomer-Metall-Lager 10 unterscheidet sich insbesondere durch die Ausgestaltung des axialen Endabschnitts 7 des Innenteils 11 von dem Innenteil 2 des Elastomer-Metall-Lager 1 gemäß der Erfindung. Wie in 3 zu erkennen ist, sind beide axialen Endabschnitte 7 und 9 des Innenteils 11 des Elastomer-Metall-Lagers 10 nach dem Stand der Technik flach und im Wesentlichen bündig zur elastomeren Hülse 3 ausgebildet. Die Anbindung eines angrenzenden, nicht dargestellten Lagerteils an das Innenteil 11 erfolgt, wie bereits beschrieben, mittels eines Bolzens bzw. einer Schraube. Da jedoch beide axialen Endabschnitte 7 und 9 des Innenteils 11 flach ausgebildet sind, ist bezüglich quer zur Lagerachse 6 angreifender Kräfte (Querkräfte) lediglich eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Innenteil 11 und dem hieran angebundenen Lagerteil möglich. Bei gleicher Größe der zu übertragenden Querkräfte ist bei dem Elastomer-Metall-Lager 10 nach dem Stand der Technik im Vergleich zu dem Elastomer-Metall-Lager 1 gemäß der Erfindung jedoch eine wesentlich größere Vorspannkraft zwischen dem Lagerteil und dem Innenteil 11 erforderlich, die durch den diese verbindenden Bolzen bzw. Schraube aufzubringen ist.
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Natürlich sind die einzelnen 1 bis 3 nicht maßstabsgerecht.
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Das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager 1 ist selbstverständlich nicht auf das hierin beschriebene und in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann der endabschnittseitige Konussitz des Innenteils selbstverständlich sowohl bezüglich seiner Form, seines Neigungswinkels und seines Verlaufs geeignet gewählt werden, solange eine formschlüssige Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung zwischen dem Innenteil und einem angrenzenden Bauteil bzw. Lagerteil gewährleistet ist. So könnte eine weitere, von der Erfindung umfaßte Ausgestaltung eines Konussitzes beispielsweise ein nach innen, zur Lagerachse geneigter Konussitz sein.
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Darüber hinaus sind auch andere Formen als die hierin beschriebene Konusform zur Gestaltung der axialen Endabschnitte des Innenteils anwendbar, mit denen eine formschlüssige Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung zwischen dem Innenteil des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers und einem angrenzenden Bauteil bzw. Lagerteil erreichbar sind. Diese Formen sind von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung ebenfalls mit umfaßt.
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Ebenso ist es möglich, mehr als lediglich einen axialen Endabschnitt des Innenteils eines erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers derart auszubilden, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen einem mit dem erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lager zu verbindenden Bauteil bzw. Lagerteil und dem Innenteil des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers herstellbar ist. In diesem Fall wäre beispielsweise die Anbindung von zwei Lagerteilen oder von zwei auskragenden Armen eines einzigen Lagerteils auf unterschiedlichen Seiten des erfindungsgemäßen Elastomer-Metall-Lagers möglich. Letzteres könnte durch einen Mechanismus unterstützt werden, der die zwei auskragenden Arme nach dem Einbau des Elastomer-Metall-Lagers, welches durch die Konii eine größere Länge als der lichte Abstand der Kragarme aufweist, vom Abstand her an das Elastomer-Metall-Lager anpaßt.
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In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager in einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs für einschnittige Verbindung von Bauteilen der Radaufhängung, wie beispielsweise Lenker, Querlenker, Radträger, Stoßdämpfer usw., untereinander bzw. mit dem Fahrzeugaufbau eingesetzt. Hierbei ist das erfindungsgemäße Elastomer-Metall-Lager, die auch als Buchse bezeichnet werden kann, vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen inneren metallischen Zylinderring bzw. ein Rohr als Innenteil und einen äußeren metallischen. Zylinderring bzw. ein Rohr als Außenteil auf, wobei wenigstens ein axialer Endabschnitt des Innenteils konusförmig ausgebildet ist und einen Konussitz aufweist. Denkbar wäre auch, das Außenteil an zumindest einem seiner Endabschnitte entsprechend der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Innenteils auszuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elastomer-Metall-Lager
- 2
- Innenteil
- 3
- Elastomere Hülse
- 4
- Außenteil
- 5
- Bohrung
- 6
- Lagerachse, Längsachse
- 7
- Erster axialer Endabschnitt
- 8
- Konussitz
- 9
- Zweiter axialer Endabschnitt
- 10
- Elastomer-Metall-Lager (STAND DER TECHNIK)
- 11
- Innenteil (STAND DER TECHNIK)
