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Die
Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Rundlagern enthaltend
hohles Lagerelement (ii), in dem sich eine Innenbuchse (i) befindet und
das von einer Außenbuchse
(iii) umfasst wird. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf
derart erhältliche
Rundlager sowie Automobile oder Lastkraftwagen enthaltend diese
erfindungsgemäßen Rundlager.
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Rundlager
werden in Automobilen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet
und sind allgemein bekannt. Mit Hilfe von Rundlagern werden im Automobil
Aggregate, Getriebe, Motoren, Fahrwerksbauteile u.a. untereinander
oder mit der Karosserie verbunden. Dabei erfüllen sie durch die Verwendung
von Elastomerwerkstoffen die Funktion der elastischen Lagerung;
andererseits sind sie auf Grund ihrer viskosen Eigenschaften in
der Lage, Energie zu dissipieren und damit Schwingungen zu dämpfen. Dabei
wird ein hohes Maß an
Dämpfung besonders
für die
Bedämpfung
großer
Amplituden von niederfrequenten Schwingungen benötigt, die z.B. die Anbindung
der Stossdämpfers
an die Karosserie beeinflussen. Andererseits ist bei kleinen Amplituden
und höheren
Frequenzen eine hohe Dämpfung
aus Gründen
der Fahrzeugakustik unerwünscht. Das
Dämpfungsverhalten
derzeitiger, konventioneller Rundlager ist abhängig vom intrinsischen Dämpfungsvermögen des
eingesetzten Elastomerwerkstoffes. Besonders vorteilhafte Rundlager
beinhalten als elastisches Lagerelement, das eine Innenbuchse umfasst,
ein mikrozelliges Polyurethanelastomer. Bekannte Verfahren zur Herstellung
dieser Rundlager werden üblicherweise
derart durchgeführt,
dass das mikrozellige Polyurethanelastomer in Gegenwart der Innenbuchse
hergestellt, d.h. verschäumt
wird. Dies bietet den Vorteil, dass Innenbuchse und elastisches Lagerelement
haftend miteinander verbunden werden und zudem das Lager in einem
Schritt gefertigt werden kann.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Rundlagern ist Ausschuss,
der sich bei nicht spezifikationsgerechter Verschäumung des Polyurethanelastomers
ergibt. In diesen Fälle
muss nicht nur das Elastomerbauteil, sondern mit diesem auch der
Einleger, d.h. die Innenbuchse verworfen werden.
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Auch
ein Verkleben der Außen-
und/oder Innenhülse
mit dem Elastomer ist bekannt. Dabei tritt jedoch das Problem auf,
den Klebstoff zwischen die Bauteile zu applizieren. Zudem gestaltet
sich der Steckvorgang häufig
schwierig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zur Herstellung
von Rundlagern enthaltend hohles, bevorzugt zylindrisches Lagerelement
(ii), in dem sich eine bevorzugt hohle, bevorzugt zylindrische Innenbuchse
(i) befindet und das von einer bevorzugt zylindrischen Außenbuchse
(iii) umfasst wird, zu entwickeln, bei dem der wirtschaftliche Nachteil
durch Ausschuss beim Verschäumen
von (ii) vermindert wird. Außerdem
sollten die Rundlager möglichst
einheitliche Eigenschaften aufweisen, d.h. ein enges Spezifikationsfenster
insbesondere bezüglich
der mechanischen und dynamischen Eigenschaften des Lagerelementes
(ii) erfüllen.
Des weiteren sollte der gesamte Herstellprozess wirtschaftlich optimiert
und die Zusammenfügung
der Einzelteile möglichst
effizient gestaltet werden.
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Diese
Aufgabe konnte dadurch gelöst
werden, dass man die Außenbuchse
(iii) erst bei der Montage mit dem Lagerelement (ii) derart zusammenfügt, dass
die Außenbuchse
(iii) das Lagerelement (ii) komplett oder teilweise umfasst. Erst
mit der erfindungsgemäßen Montage
wird somit die Außenbuchse
als ein in sich fest fixiertes Bauteil zusammengefügt.
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Erfindungsgemäß wird somit
keine vorgefertigte Außenbuchse
in ihrer endgültigen äußere Form eingesetzt.
Statt dessen besteht die Außenbuchse aus
Teilen, die jeweils den Umfang des Lagerelementes nur teilweise
abdecken und erst bei der endgültigen
Montage mit dem Lagerelement zueinander fixiert werden. Dabei können die
Teile der Außenbuchse
bereits beweglich miteinander verbunden sein oder auch als getrennte
Einzelteile vorliegen, die erst bei der Montage miteinander verbunden
werden. Eine weitere Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die Außenbuchse
(iii) aus zwei oder mehr, bevorzugt zwei bis vier, besonders bevorzugt
zwei Teilen besteht, die den Umfang des Lagerelementes jeweils nur
teilweise umfassen und wobei die einzelnen Teile der Außenbuchse
mit dem Lagerelement haftend verbunden sind und nicht in Kontakt
miteinander stehen. Eine derartige Ausgestaltungsform ist in der 5 dargestellt.
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Erfindungsgemäß muss das
Lagerelement nicht axial in die Außenbuchse geschoben werden. Dieses
Einschieben ist technisch schwierig zu automatisieren und auch bezüglich eines
gewünschten Verklebens
nachteilig, da der Klebstoff beim Einschieben leicht abgestreift
wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Lagerelement vielmehr in die Außenbuchse
gelegt werden, die dann anschließend bei der Montage geschlossen
und zusammengefügt
wird und dann das Lagerelement vollständig umschließt.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip
ist in den 1 bis 5 dargestellt.
In den 1 bis 4 sind zweiteilige Außenbuchsen
abgebildet, deren zwei Halbschalen das Lagerelement vollständig umfassen
und in der 1 mittels einer Nut-Feder-Verbindung,
gemäß 2 mittels
einer formschlüssigen Verbindung,
z.B. einem Schnappverschluss, miteinander verbunden werden. In der 3 ist
ein Lager abgebildet, dessen Lagerelement nicht rotationssymetrisch,
d.h. nicht streng zylindrisch aufgebaut ist. Dabei ist die Außenbuchse
derart ausgestaltet, dass kein Freiraum zwischen Lagerelement und
Außenbuchse
auftritt. In der 4 ist eine Außenbuchse
mit einer äußeren, senkrecht
zur Längsachse
des Lagerelementes verlaufenden Kante dargestellt. Die in den 1 bis 4 dargestellten
Außenbuchsen umfassen
das Lagerelement über
den gesamten Radius. Dabei werden die Einzelteile der Außenbuchse fest
miteinander verbunden. In der 5 ist dagegen eine
erfindungsgemäße Ausgestaltung
dargestellt, in der die Außenbuchse
aus zwei Teilen besteht, die nicht miteinander in Kontakt stehen,
aber jeweils mit dem Lagerelement verklebt sind.
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Die
harten Außenschalen
können
bevorzugt mit dem Lagerelement verklebt werden. Dabei wird der Klebstoff
bevorzugt auf die Außenfläche des
Lagers aufgetragen. Dann werden beide Außenschalen quasi aufgeclipst
und halten sich dann von selbst, sind somit selbsttragend. Dann
kann der Klebstoff aushärten.
Alternativ kann auch nur eine derartige Schnappversbindung vorhanden
sein. In diesem Fall muss dann die Außenschale aufgebogen werden. Die
Naht bzw. die Kontaktflächen
zwischen den einzelnen Teilen der Außenbuchse verlaufen bevorzugt parallel
zur Längsachse
des Lagerelementes. Mit dieser Methode erhält man eine exakte und reproduzierbare
Verklebung zwischen Lager und Außenschale, ohne dass der Klebstoff
bei der Montage abgeschert wird. Nach Aushärtung des Klebstoffes kann
das Lager auch kalibriert werden.
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Bevorzugt
ist somit die Außenbuchse
(iii) haftend mit dem Lagerelement (ii) verbindet. In einer alternativen,
ebenfalls bevorzugten Ausführungsform umfasst
die Außenbuchse
(iii) das Lagerelement (ii) fest, ist aber nicht haftend mit dem
Lagerelement (ii) verbunden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet insbesondere Vorteile, wenn das Rundlager hohe Axialkräfte aufnehmen
muss.
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Bevorzugt
kann man erfindungsgemäß somit eine
Außenbuchse
(iii) einsetzen, die zwei Halbschalen enthält, die über jeweils eine ihrer Kanten
zueinander beweglich angeordnet sind. Dabei ist die Kante gemeint,
die axial verläuft,
d.h. parallel zur Längsachse
des Lagerelementes. Die jeweils andere Kante der zwei Halbschalen
sind nicht miteinander befestigt. Somit können die Halbschalen aufgebogen
werden. Die Naht zwischen den beiden unbefestigten Kanten verläuft bevorzugt
axial, d.h. parallel zur Längsachse des
Lagerelementes. Diese Kanten werden, nachdem das Lagerelement zwischen
den zwei Halbschalen platziert wurde, miteinander derart fixiert,
dass die Halbschalen das Lagerelement umfassen.
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Alternativ
ist es möglich,
dass die Außenbuchse
(iii) mindestens zweiteilig, bevorzugt zweiteilig aufgebaut ist
und jedes Einzelteil der Außenbuchse
(iii) das Lagerelement (ii) nicht vollständig umfasst und wobei man
bei der Herstellung des Rundlagers die Einzelteile der Außenbuchse
(iii) zur Außenbuchse
(iii) zusammenfügt,
die das Lagerelement vollständig
umfasst. Diese bevorzugte Alternative ist in den 1 und 2 dargestellt.
Dabei werden die zwei halbkreisförmig
ausgestalteten Teile, die jeweils eine Hälfte des Lagerelementes (ii)
umfassen, bei der Herstellung des Rundlagers zur Außenbuchse
(iii) zusammengefügt.
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Die
Gestaltung der Schalen, also der Teile der Außenbuchse, muss nicht unbedingt
rotationssymmetrisch sein (3). Es sind
auch andere Formen denkbar, um so z.B. unterschiedliche Kennungen
des Lagers zu realisieren. Weiterhin können auch z.B. Kragen an den
Außenschalen
angebracht sein (4). Weiterhin können auch
Außenschalen verwendet
werden, die nicht den ganzen Umfang umfassen, so dass die Montagebohrung
mit weiterer Toleranz hergestellt werden kann.
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Die
Außenbuchse
(iii) ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie nach ihrer Montage
mit dem Lagerelement (ii) das Lagerelement (ii) fest umfasst. Bevorzugt
ist die Außenbuchse
nach ihrer Montage selbsttragend. Wie bereits dargestellt kann die
Fixierung der Außenbuchse
durch übliche
Schnappverbindungen, z.B. durch Verclipsen erfolgen.
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Bevorzugt
werden bei der Montage der Außenbuchse
(iii) die noch nicht verbundenen Kanten der zwei Halbschalen oder
die Ränder
der zwei habkreisförmig
ausgestalteten Einzelteile miteinander verclipst.
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Bevorzugt
wird man in einem ersten Schritt die Innenhülse (i) in das hohle, bevorzugt
zylindrische Lagerelement (ii) einfügen, bevorzugt mit dem Lagerelement
(ii) verkleben und anschließend
die Außenbuchse
(iii) um das Lagerelement (ii) enthaltend die Innenbuchse (i) montieren.
Bevorzugt wird man die Außenbuchse
(iii) mit dem Lagerelement (ii) verkleben. Dabei kann man das Lagerelement
(ii) erstmalig und bevorzugt mittels eines in flüssiger Form aufzutragenden
Klebstoffes mit der Außenbuchse
(iii) verkleben. Bevorzugt wird man den Klebstoff auf das Lagerelement
(ii) auftragen und anschließend
die Außenbuchse
(iii) in Kontakt mit dem Klebstoff montieren. Es ist aber auch möglich, den Klebstoff
auf die Innenseite der Außenbuchse
aufzutragen.
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Die
erfindungsgemäßen Rundlager
enthalten somit mindestens eine hohle, bevorzugt zylindrische Innenbuchse
(i) sowie mindestens ein bevorzugt zylindrisches Lagerelement (ii)
bevorzugt auf der Basis von mikrozelligem Polyurethanelastomer, wobei
das Lagerelement (ii) die Innenbuchse umfasst, d.h. die Innenbuchse
in dem Hohlraum des Lagerelementes (ii) platziert ist. Besonders
bevorzugt sind Rundlager, bei denen es sich bei (i) um die von einem
bevorzugt zylindrischen mikrozelligen Polyurethanelastomer (ii)
umfasste bevorzugt zylindrische bevorzugt hohle Innenbuchse des
Rundlagers handelt, deren Mantelfläche mit der Wand des Hohlraumes
des mikrozelligen Polyurethanelastomer (ii) verklebt ist. Wie bereits
in diesem Absatz dargestellt, können
Innenbuchse (i) und Lagerelement (ii) jeweils ein- oder mehrteilig
aufgebaut sein.
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Ein
haftender Verbund zwischen der Außenbuchse (iii) und dem Lagerelement
(ii) bzw. zwischen der Innenbuchse (i) und dem Lagerelement (ii)
kann durch allgemein bekann te Klebverfahren hergestellt werden.
Bevorzugt kann man (i) mit (ii) mittels reaktiver kalt- oder warmaushärtender
2-Komponenten Klebstoffe verkleben. Beispielhaft genannt seien reaktive
Systeme auf der Basis von Isocyanaten oder Epoxiden oder Schmelzklebstoffe
(Hotmelts). Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Einschieben des
Lagerelementes (ii) in die Außenbuchse
(iii) vermieden wird, ist es erstmalig möglich, flüssige Klebstoffe auf die zu
verklebende Oberfläche
von (ii) und/oder (iii) zu applizieren. Damit ergeben sich sowohl
fertigungstechnisch als auch bezüglich
der Auswahl an Klebstoffen neue Möglichkeiten.
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Die
Abmessungen können
weitgehend beliebig gewählt
werden und sich bevorzugt nach den Abmessungen bekannter Rundlager
richten. Besonders bevorzugt werden die Abmessungen so gewählt, dass
das Lagerelement (ii) zwischen (i) und (iii) gestaucht, d.h. wie
dargestellt unter Vorspannung vorliegt. Die Länge des Rundlagers und der
Gesamtdurchmesser sowie der Durchmesser des Hohlraums der Innenbuchse
(i) können
sich nach dem Einsatz und den zu lagernden Objekten richten. Die
Wahl geeigneter Abmessungen ist dem Fachmann geläufig. Die bevorzugten Abmessungen
der Innenbuchse wurden eingangs dargestellt.
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Die
Innenbuchse (i) weist bevorzugt eine Höhe zwischen 30 mm und 100 mm,
einen äußeren Durchmesser
zwischen 20 mm und 80 mm sowie bevorzugt einen Durchmesser des Hohlraums
zwischen 8 mm und 20 mm auf.
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Als
Objekte, die mittels des Rundlagers insbesondere mit der Karosserie
eines Automobils oder eines Lastkraftwagens gelagert werden sollen,
kommen beispielsweise alle Arten von Aggregaten, Fahrschemeln, Lenkern,
Getrieben und/oder Anbauteilen, bevorzugt Aggregate, Lenker und/oder
Getriebe, besonders bevorzugt Hinterachsgetriebe in Frage.
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Diese
mit dem bevorzugt dämpfend
wirkenden Rundlager zu lagernden Teile können beispielsweise dadurch
mit den Rundlager befestigt werden, dass man sie mit Hilfe Schrauben-,
Bolzen, Stift-, Niet- oder anderen form- oder kraftschlüssigen Verbindungen,
bevorzugt Schrauben-, Bolzen, Stift-, Niet-Verbindungen befestigt,
bevorzugt mit Hilfe der hohlen Innenbuchse.
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Bevorzugt
wird man entsprechend an der Innenbuchse (i) Aggregate, Lenker und/oder
Getriebe, besonders bevorzugt Hinterachsgetriebe befestigen und
somit bevorzugt mit der Karosserie eines Automobils oder eines Lastkraftwagens
bevorzugt schwingungsdämpfend
verbinden. Ebenso ist es denkbar, dass diese Lager beispielsweise
in die Lagerschilde von Getrieben, Aggregaten eingebracht werden,
die dann mit der Karosserie verbunden werden.
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Die
Innenbuchse (i) kann auf üblichen
Materialien basieren, beispielsweise Metallen, z.B. Stahl, Eisen
und/oder Aluminium oder harten Kunststoffen, z.B. TPU. Die Innenbuchse
(i) verfügt über eine
Innenbohrung üblicherweise
zur Aufnahme eines Befestigungsbolzen. Der Außendurchmesser ergibt sich aus
Festigkeitsgründen.
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Das
Lagerelement (ii) kann aus einem oder mehreren Einzelteilen, die
elastische Eigenschaften aufweisen, bestehen. Werden mindestens
zwei Lagerelemente verwendet, so können diese je nach Anforderung
quasi in einem Stecksystem zum vollständigen Lagerelement zusammengefügt werden,
wobei allgemein bekannten "Steck"-Verfahren gewählt werden können, z.B.
Nut-Feder. Damit können
Lagerelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden,
die je nach ihrer Anordnung im Rundlager spezifische Anforderungen übernehmen
können. Werden
mindestens zwei Lagerelemente (ii) eingesetzt, weisen diese bevorzugt
unterschiedliche Dichten und somit unterschiedliche mechanische
und dynamische Eigenschaften auf. Während beispielsweise ein Lagerelement
(ii) aus einem mikrozelligen PUR mit geringer Dichte bestehen kann
um im Einsatzfall durch die Relativbewegung zur Innen- und Außenbuchse
viel Dämpfung
zu erzeugen, kann ein weiteren Lagerelement (ii) im Rundlager aus
einem mikrozelligen Pur mit hoher Dichte gefertigt sein, um dynamische
Steifigkeiten zu gewährleisten
und um die max. Verformung zu reduzieren. Erfindungsgemäß kann somit
auf speziellen Anforderungen eingegangen werden. Das erfindungsgemäße Lagerelement
(ii) basiert üblicherweise
auf Gummi oder zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt auf
zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten. Besonders bevorzugt
basiert das Lagerelement (ii) auf zelligen Polyurethanelastomeren
die gegebenenfalls Isocyanurat- und/oder Harnstoffstrukturen enthalten
können,
bevorzugt mit einer Dichte nach DIN EN ISO 845 zwischen 300 und
900 kg/m3, einer Zugfestigkeit nach DIN
EN ISO 1798 von ≥ 2,0 N/mm2, bevorzugt ≥ 2,5 N/mm2,
einer Bruchdehnung nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 200 %, bevorzugt ≥ 350 % und
einer Weiterreißfestigkeit
nach DIN ISO 34-1 B (b) von ≥ 8
N/mm und besonders bevorzugt einen Druckverformungsrest (bei 70°C, 40 % Verformung, 22
Stunden) in Anlehnung an DIN EN ISO 1856 von kleiner 20 %. Bevorzugt
handelt es sich bei den Elastomeren um mikrozellige Elastomere auf
der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt mit
Zellen mit einem Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt
0,01 bis 0,15 mm. Besonders bevorzugt besitzen die Elastomere die eingangs
dargestellten physikalischen Eigenschaften. Elastomere auf der Basis
von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind
allgemein bekannt und vielfältig
beschreiben, beispielsweise in EP-A 62 835, EP-A 36 994, EP-A 250
969, DE-A 195 48 770 und DE-A 195 48 771. Die Herstellung erfolgt üblicherweise
durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.
Die Elastomere auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte
werden üblicherweise
in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten
miteinander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen
in Frage, beispielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die
erfindungsgemäße dreidimensionale
Form des Federelements gewährleisten. Die
Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein
bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem
ein- oder zweistufigen Prozess die folgenden Ausgangsstoffe einsetzt:
- (a) Isocyanat,
- (b) gegenüber
Isocyanaten reaktiven Verbindungen,
- (c) Wasser und gegebenenfalls
- (d) Katalysatoren,
- (e) Treibmittel und/oder
- (f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane
und/oder Fettsäuresulfonate.
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Bevorzugt
weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten einen Druckverformungsrest
kleiner 25 % nach DIN 53572, wobei als Prüfkörper Würfel der Abmessung 40 mm × 40 mm × 30 mm
ohne Silikonanstrich verwendet werden, die Prüfung bei konstanter Verformung
erfolgt, wobei die Prüfkörper um
40 % zusammengedrückt
und 22 Stunden bei 80°C
im Umluftschrank gehalten werden, die Prüfeinrichtung nach der Entnahe
aus dem Wärmeschrank
2 Stunden im zusammengedrückten Zustand
auf Raumtemperatur abgekühlt
wird, anschließend
der Prüfkörper aus
der Prüfeinrichtung entnommen
wird und 10 min ± 30
s nach der Entnahme der Prüfkörper aus
der Prüfeinrichtung
die Höhe der
Prüfkörper auf
0,1 mm genau gemessen wird.
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Die
Außenbuchse
(iii) kann auf üblichen
Materialien basieren, beispielsweise Metallen, z.B. Stahl, Eisen
und/oder Aluminium oder harten Kunststoffen, z.B. TPU. Bevorzugt
basiert die Außenbuchse
auf dem gleichen Material wie das Objekt, in dem sie zum Einsatz
kommen soll, besonders bevorzugt, beispielsweise im Falle der Montage
in Karosserien, auf Stahl und/oder Aluminium, insbesondere Stahl. Die
Außenbuchse
(iii) verfügt über einen
Außendurchmesser
und einen Innendurchmesser, die in den Abmessungen und Ausführungen
variieren können.
Sofern die Außenbuchse
einteilig zur Montage eingesetzt wird, sind die zwei Halbschalen
beweglich zueinander angeordnet. Deshalb ist bei dieser Ausführungsform
bevorzugt, dass ein elastisches Material eingesetzt wird, das ein
reversibles Aufbiegen der Außenbuchse
ermöglicht,
d.h. ein Aufbiegen der zwei Halbschalen über die Kanten, über die
sie verbunden sind, zur Einfügung
des Lagerelementes. Die Schalen können bspw. als Strangpressprofile
aus Aluminium oder im Spritzguss aus Kunststoff hergestellt werden.