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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dämpferlager umfassend ein hohles Gehäuse zur Aufnahme eines Dämpfungselements sowie einen Deckel zur Fixierung des Dämpfungselements in dem Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Gehäuseboden mit einer Bohrung aufweist.
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Dämpferlager werden in Automobilen innerhalb des Fahrwerks verwendet und sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftfahrzeugen als schwingungsdämpfende Bauteile eingesetzt. Dabei übernehmen sie die Anbindung des Stoßdämpfers an die Karosserie und/oder an Fahrwerkskomponenten. Durch eine solche elastische Ankopplung werden Schwingungen isoliert, die von der Fahrbahn hervorgerufen und über Rad und Stoßdämpfer weitergeleitet werden, sowie Schwingungen, die vom Stoßdämpfer hervorgerufen werden. Die Ankopplung wird so gestaltet, dass kardanische Bewegungen des Stoßdämpfers ermöglicht werden und die Anforderungen an Kraft-Weg-Kennungen in axialer, radialer und kardanischer Richtung erfüllt werden. Axiale sowie radiale Kennungen beeinflussen in Abhängigkeit von der Fahrwerkskonzeption wesentlich das Fahrverhalten und müssen exakt abgestimmt werden. Das Zusammenspiel aus Stoßdämpfer und Dämpferlager beeinflusst entscheidend den Fahrkomfort, die Fahrsicherheit, die Wank- bzw. Nickabstützung sowie die Reduktion von Effekten des Radstuckerns und Karosseriezitterns.
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Es sind unterschiedliche Arten von Dämpferlagern bekannt. So beschreibt die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 003 207 A1 beispielsweise ein Dämpferlager mit einem Gehäuse, einem Lagerelement und einem Deckel, wobei das Lagerelement durch den Deckel in dem Gehäuse fixiert ist. Über einen Einleger in dem Lagerelement kann der Stoßdämpfer an dem Dämpfungselement elastisch befestigt werden. Das Dämpfungselement wiederum wird an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges angebracht. Es sind allerdings auch Dämpferlager bekannt, bei denen die Karosserie den Deckel bildet, sodass das Dämpferlager über sein Gehäuse direkt mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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In den letzten Jahren wurde erkannt, dass sich die Dämpfungseigenschaften von Dämpferlagern verbessern lassen, wenn Dämpfungselemente in axialer und/oder in radialer Richtung konturiert werden. Ein derartiges Dämpfungselement ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 009 667 A1 offenbart. Eine konturierte Mantelfläche bewirkt eine weichere Einfederung in radialer Richtung, wohingegen Erhebungen auf den Stirnseiten des Dämpfungselements das Federungsverhalten in axialer Richtung verbessern. Zudem wird durch eine Konturierung ein stetiger Steifigkeitsverlauf bewirkt.
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Dämpferlager mit bekannten Dämpfungselementen weisen allerdings den Nachteil auf, dass die konturierten Dämpfungselemente aufwändig zu fertigen und somit teuer sind.
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Es stellte sich die Aufgabe, Dämpferlager bereitzustellen, die einfach zu fertigen und kostengünstig in der Herstellung sind. Dabei sollten die vorteilhaften Eigenschaften bekannter Dämpferlager hinsichtlich Fahrkomfort und Sicherheit gewährleistet bleiben.
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Diese Aufgabe wurde gelöst durch erfindungsgemäße Dämpferlager, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 sind auf weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gerichtet.
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Erfindungsgemäße Dämpferlager umfassen ein hohles Gehäuse mit einem Gehäuseboden, der eine Bohrung aufweist. Durch die Bohrung wird üblicherweise im eingebauten Zustand das obere Ende einer Kolbenstange eines Stoßdämpfers geführt. Weiterhin weist das Dämpferlager einen Deckel auf, der geeignet ist, ein sich innerhalb des Gehäuses befindliches Dämpfungselement zu fixieren. Erfindungsgemäß weisen die Innenfläche des Gehäusebodens, die Innenfläche des Deckels oder beide Innenflächen eine durch Erhebungen und Vertiefungen gebildete Konturierung auf.
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In bevorzugten Ausgestaltungen ist das Gehäuse im Wesentlichen zylindrisch, wobei unter dem Begriff „im Wesentlichen zylindrisch” Gehäuse verstanden werden, deren Innendurchmesser sich in Richtung der Zylinderachse um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5% verändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen sowohl die Innenfläche des Gehäusebodens als auch die Innenfläche des Deckels eine Konturierung auf.
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In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dämpferlagers beträgt der maximale Höhenunterschied zwischen Erhebungen und Vertiefungen der Konturierung von 1,5 mm bis 5 mm. Besonders bevorzugt beträgt der maximale Höhenunterschied von 2 mm bis 4 mm. Unter dem maximalen Höhenunterschied wird erfindungsgemäß der größte Wert des Abstandes zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung in axialer Richtung verstanden, wobei als axiale Richtung die Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Gehäuseboden und im Wesentlichen parallel zur Gehäusewand bezeichnet wird.
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Die Konturierung wirkt sich positiv auf die Dämpfung in axiale Richtung sowie einen stetigen Steifigkeitsverlauf aus. Den Höhenunterschieden zwischen Vertiefungen und Erhebungen sind jedoch auch Grenzen gesetzt, da sich bei großen Werten ungleiche Spannungszustände in dem Dämpfungselement ergeben, insbesondere wenn das Dämpfungselement vorgespannt in dem fertig montierten Dämpferlager vorliegt. Es hat sich gezeigt, unter anderem in Fahrversuchen, dass Werte in den oben genannten bevorzugten Bereichen des Höhenunterschieds sowohl die geforderten Kennlinien bezüglich des Dämpfungsverhaltens erfüllen, als auch eine gute Geräuschdämpfung bewirken. Auch im Hinblick auf die Lebensdauer der Dämpfungselemente sind Höhenunterschiede in den genannten Bereichen vorteilhaft.
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Die Höhenunterschiede zwischen benachbarten Erhebungen und Vertiefungen können unterschiedlich groß sein, sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung betrachtet. Die Richtungsangaben werden anhand des Beispiels eines zylindrischen Gehäuses mit kreisförmigem Querschnitt erläutert, bei dem die Achse durch den Mittelpunkt der Bohrung im Gehäuseboden verläuft. Als radiale Richtung wird in diesem Fall die Richtung bezeichnet, die senkrecht zur Achse von deren Mittelpunkt nach außen hin zur Gehäusewand zeigt. Unter der Umfangsrichtung wird in diesem Fall zunächst die Kreislinie verstanden, die durch den Übergang des Gehäusebodens zum Gehäuserand gebildet wird. Ferner wird unter der Umfangsrichtung jede Kreislinie verstanden, die zur Achse konzentrisch ist. Bei zylindrischen Gehäusen mit nicht kreisförmigem Querschnitt sind die Begriffe „radiale Richtung” und „Umfangsrichtung” analog zu verstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Höhenunterschiede zwischen benachbarten Erhebungen und Vertiefungen in Umfangsrichtung gleich groß. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind diese Höhenunterschiede auch in jeder radialen Richtung gleich groß.
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Bevorzugt ist die Konturierung wellenförmig ausgebildet. Die Wellenform, bei der die Erhebungen gerundet sind, wirkt sich insofern vorteilhaft aus, als das Material durch die Abwesenheit von Konturspitzen geschont wird. Bevorzugt sind die Wellenberge und Wellentäler in Umfangsrichtung gleichförmig angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Spannungsverteilung in dem Dämpfungselement begünstigt wird. In einer Ausführungsform sind die Wellenberge und Wellentäler in Umfangsrichtung trapezförmig ausgestaltet, wobei die Übergänge gerundet sind, um Spannungsspitzen im Material des Dämpfungselements zu reduzieren. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Wellenberge und Wellentäler in Umfangsrichtung sinusförmig ausgestaltet sind. Dabei ist der Begriff „sinusförmig” nicht im streng mathematischen Sinn zu verstehen, sondern beschreibt Wellenformen, die einem Sinusverlauf ähneln. Wesentlich ist dabei der sanfte Übergang von Erhebungen in Vertiefungen in Wellenform.
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Es hat sich gezeigt, dass bei gleichbleibendem Durchmesser des Dämpfungselements mit steigender Zahl der Wellenberge und Wellentäler die Spannung in dem Material des Dämpfungselements zunimmt, da der Winkel zwischen Wellenbergen und Wellentälern steiler wird. Lokale Spannungsspitzen mit Vorzeichenwechsel liegen dann dicht beieinander, was die Lebensdauer des Dämpfungselements negativ beeinflusst. Vorteilhaft sind mindestens vier Wellenberge und Wellentäler auf der betreffenden Innenfläche vorhanden. Besonders bevorzugt sind Konturierungen mit fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf oder zwölf Wellenbergen und Wellentälern, insbesondere solche mit sechs bis zehn Wellentälern und Wellenbergen.
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Auslegungsparameter wie Anzahl der Erhebungen und Vertiefungen, maximaler Höhenunterschied zwischen diesen, Durchmesser des Dämpfungselements beeinflussen die Dämpfungseigenschaften des Dämpferlagers. Es wurde gefunden, dass sich bei Dämpfungselementen auf Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten besonders günstige Dämpfungseigenschaften ergeben, wenn der Quotient aus dem Außendurchmesser der Konturierung einerseits und der Anzahl der Erhebungen sowie dem maximalen Höhenunterschied andererseits einen Wert zwischen drei und sechs, insbesondere zwischen vier und fünf aufweist.
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In bevorzugten Ausgestaltungen sind das Gehäuse und der Gehäuseboden des Dämpferlagers aus Metall oder Kunststoff gefertigt. Der Deckel kann ebenfalls aus einem Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Geeignete Metalle sind beispielsweise Aluminiumlegierungen oder Stahllegierungen, bevorzugt ist Aluminium, insbesondere Aluminium EN AC-44300. Bevorzugte Kunststoffe zur Herstellung des Dämpferlagers sind Polyoxymethylen oder Polyamid, die besonders bevorzugt faserverstärkt sind, insbesondere durch Glasfasern. Es ist von Vorteil, wenn der Reibbeiwert zwischen den Materialien des Gehäuses und des Deckels einerseits und dem Material des Dämpfungselements andererseits möglichst klein gewählt wird, um ein Gleiten des Dämpfungselements auf der Konturierung zu begünstigen. Die Konturierung von Gehäuseboden und/oder Deckel kann während der Herstellung dieser Bauteile erfolgen, beispielsweise durch eine entsprechende negative Konturierung in einer Gießform oder mittels Formgebung durch Schmieden, Pressen oder Tiefziehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Gehäuse und der Gehäuseboden des erfindungsgemäßen Dämpferlagers einstückig ausgebildet. Die Befestigung des Deckels an dem Gehäuse kann auf bekannte Art erfolgen, beispielsweise durch eine formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung. Bevorzugt sind Verrollen, Stecken, Verschrauben oder Schweißen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Deckel des Gehäuses als Teil der Karosserie eines Fahrzeugs ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Konturierung vorteilhaft durch Tiefziehen oder Anschweißen. Die Befestigung des Gehäuses an dem Deckel erfolgt vorzugsweise nach bekannten Verfahren wie Verschrauben.
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Das erfindungsgemäße Dämpferlager ist geeignet, mindestens ein Dämpfungselement in seinem Gehäuse aufzunehmen, das mit dem Deckel in dem Gehäuse fixiert werden kann. Das Dämpfungselement kann einteilig oder mehrteilig sein und auf bekannten Materialien wie Gummi oder Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten basieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform basiert das Dämpfungselement auf Elastomeren auf der Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, besonders bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die Polyharnstoffstrukturen enthalten können. Zellig bedeutet, dass die Zellen bevorzugt einen Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt von 0,01 mm bis 0,15 mm aufweisen.
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Besonders bevorzugt haben die Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte mindestens eine der folgenden Materialeigenschaften: eine Dichte nach DIN EN ISO 845 zwischen 270 und 900 kg/m3, eine Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 1798 von ≥ 2,0 N/mm2, eine Bruchdehnung nach DIN EN 150 1798 von ≥ 200% oder eine Weiterreißfestigkeit nach DIN ISO 34-1 B (b) von ≥ 8 N/mm. In weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt ein Polyisocyanat-Polyadditions-Produkt zwei, weiter bevorzugt drei dieser Materialeigenschaften, besonders bevorzugte Ausführungsformen besitzen alle vier der genannten Materialeigenschaften.
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Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschreiben, beispielsweise in
EP 62 835 A1 ,
EP 36 994 A2 ,
EP 250 969 A1 ,
EP 1 171 515 A1 ,
DE 195 48 770 A1 und
DE 195 48 771 A1 .
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Dämpfungselement einen Einleger, der geeignet ist, eine Kolbenstange eines Stoßdämpfers daran zu befestigen. Der Einleger ist vorteilhaft aus Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium gefertigt. Er kann auch aus einem harten Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise einem faserverstärkten Polyamid. Der Einleger ist vorzugsweise mit dem Dämpfungselement formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, beispielsweise angegossen, anvulkanisiert oder verklebt. Bevorzugt ist der Einleger rotationssymmetrisch und kann zwecks Verdrehsicherung mit einer geeigneten Kontur versehen sein, beispielsweise einer Kerbe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Dämpferlager und Dämpfungselement derart aufeinander abgestimmt, dass in eingebautem Zustand der Abstand zwischen Gehäuseboden und Deckel von 50% bis 95% der Höhe des Dämpfungselements beträgt, sodass das Dämpfungselement vorgespannt ist. Der Abstand bezieht sich dabei auf die am wenigsten weit entfernten Punkte von Gehäuseboden und Deckel. Im Falle einer Konturierung sowohl der Innenfläche des Gehäusebodens als auch der Innenfläche des Deckels bedeutet der Abstand die kürzeste Entfernung zwischen den Spitzen der jeweiligen Erhebungen.
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Besonders bevorzugt wird die Vorspannung so gewählt, dass nach Einbau des Dämpfungselements in das Dämpferlager das Dämpfungselement an den Wellentälern in Kontakt mit der Oberfläche des Gehäusebodens und/oder Deckels steht. Die Vorspannung wird vorzugsweise umso größer gewählt, je stärker das Dämpfungselement beim Einsatz im Fahrzeug in axialer Richtung belastet und damit bewegt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei großer Belastung des Dämpfungselement im Kontakt mit der Oberfläche des Gehäusebodens und/oder des Deckels bleibt.
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Die Fertigung des Dämpfungselements erfolgt vorzugsweise zunächst als Vorprodukt, bei dem mehrere Dämpfungselemente zusammenhängend erzeugt werden. Aus diesem Vorprodukt werden die einzelnen Dämpfungselemente durch Schneiden, beispielsweise mittels eines feinen Wasserstrahls, hergestellt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine Produktion der Dämpfungselemente, die deutlich kostengünstiger ist als die Herstellung von axial konturierten Dämpfungselementen, wie sie z. B. in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 009 667 A1 beschrieben sind.
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Die Herstellung der Konturierung im Gehäuseboden und/oder Deckel verursacht im Vergleich zu Gehäuseböden und Deckeln ohne Konturierung keine oder nur sehr geringe Mehrkosten.
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Erfindungsgemäße Dämpferlager weisen daher einen Kostenvorteil auf gegenüber bekannten Dämpferlagern, bei denen eine axiale Konturierung im Dämpfungselement umgesetzt ist. Sie sind zudem einfach herzustellen, was sich positiv auf die Ausschussquote auswirkt. Im Hinblick auf die Dämpfungseigenschaften wie stetiger Steifigkeitsverlauf und Geräuschdämmung sind die erfindungsgemäßen Dämpferlager den bekannten Lagern mindestens ebenbürtig.
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Beispiel 1
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Die 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpferlagers als Explosionszeichnung. Ein Gehäuse 10 weist eine Bohrung in der Mitte des Gehäusebodens 12 auf. Die Innenfläche des Gehäusebodens 12 ist mit acht Erhebungen und acht Vertiefungen versehen, die in Umfangsrichtung sinusförmig ausgestaltet sind. Ein Dämpfungselement 20 auf Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten ist in das Gehäuse eingesetzt. Die Stirnseiten des Dämpfungselements 20 sind eben, die radiale Mantelfläche ist umlaufend konturiert. Der maximale Außendurchmesser des Dämpfungselements 20 ist geringfügig größer als der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 10, sodass das Dämpfungselement 20 im eingebauten Zustand in radialer Richtung leicht vorgespannt ist.
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In eine Aussparung 22 im Dämpfungselement 20 ist ein Einleger 40 eingesetzt. Der Einleger 40 ist aus Stahl gefertigt und dient im komplettierten und eingebauten Zustand zur Befestigung des oberen Endes der Kolbenstange eines Stoßdämpfers. In axialer Richtung nach oben abgeschlossen wird das Dämpferlager durch einen Deckel 30, der ebenfalls eine zentrale Bohrung aufweist. Die Innenfläche des Deckels 30 ist wie die Innenfläche des Gehäusebodens 12 mit jeweils acht Erhebungen und Vertiefungen versehen, die in Umfangsrichtung sinusförmig ausgebildet sind.
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Beispiel 2
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Die 2 und 3 zeigen Schnittzeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpferlagers für den Einsatz in einem Serienfahrzeug. Wie in der Ausführungsform gemäß 1 umfasst das Dämpferlager ein Gehäuse 10, einen Deckel 30 sowie ein Dämpfungselement 20 mit einem Einleger 40. In 2 sind das Gehäuse 10 und der Deckel 30 vor ihrem Zusammenbau dargestellt. Das Gehäuse 10 weist eine Bohrung mit einem Durchmesser von 26 mm in der Mitte des Gehäusebodens 12 auf. Die Innenfläche des Gehäusebodens 12 ist mit einer Konturierung 14 mit sechs Erhebungen und sechs Vertiefungen versehen, die in Umfangsrichtung sinusförmig ausgestaltet sind. Der Höhenunterschied zwischen den Wellenbergen und Wellentälern beträgt 2 mm. Der Innendurchmesser des Gehäuses beträgt am Gehäuseboden 56,5 mm. Da sich die Konturierung in radialer Richtung bis zur Gehäusewand erstreckt, beträgt der Außendurchmesser der Konturierung ebenfalls 56,5 mm. Damit ergibt sich für den Quotienten aus Außendurchmesser der Konturierung einerseits und der Anzahl der Erhebungen und dem maximalen Höhenunterschied andererseits ein Wert von 56,5 mm/(6·2 mm) = 4,7.
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Das Gehäuse ist im Wesentlichen zylindrisch mit einem Winkel von 91° zwischen der Innenfläche des Gehäusebodens 12 und der Gehäusewand. Die Innenfläche des Deckels 30 ist ebenfalls mit einer Konturierung 32 mit jeweils sechs Erhebungen und Vertiefungen versehen, die in Umfangsrichtung sinusförmig ausgebildet sind. Auch bei dem Deckel beträgt der Höhenunterschied zwischen den Wellenbergen und Wellentälern 2 mm.
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Das Dämpfungselement 20 auf Basis von zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten hat eine Grundform wie sie in 1 schematisch dargestellt ist. Die Stirnseiten des Dämpfungselements 20 sind eben, die radiale Mantelfläche ist umlaufend konturiert. Sie weist zwei Reihen von jeweils sechzehn Erhebungen auf, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Der maximale Außendurchmesser von Erhebung zu Erhebung beträgt 56,5 mm und entspricht damit dem Innendurchmesser des Gehäuses am Gehäuseboden. Der minimale Außendurchmesser des Dämpfungselements beträgt 52,5 mm, der Innendurchmesser 32 mm und die Höhe 24,5 mm. In einer Aussparung im Dämpfungselement 20 ist ein Einleger 40 angebracht, der einen Außendurchmesser von 48 mm und eine Höhe von 4,5 mm besitzt.
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In 3 ist das Dämpferlager in komplettiertem Zustand dargestellt. Das Dämpfungselement 20 liegt mit seinen Stirnseiten an den Konturierungen des Gehäusebodens 12 und des Deckels 30 an. Der Deckel ist durch eine Bördelung 16 an dem Gehäuse 10 befestigt. Der Abstand zwischen den Wellentälern von Gehäuseboden und Deckel beträgt etwa 21 mm, sodass das Dämpfungselement 20 in axialer Richtung vorgespannt ist. Diese axiale Vorspannung bewirkt, dass das Dämpfungselement sich in radialer Richtung ausbreitet, sodass es auch in radialer Richtung leicht vorgespannt ist. Diese Vorspannung bewirkt, dass das Dämpfungselement auch im Belastungsfall im Fahrzeug ständig mit dem Gehäuseboden und dem Deckel in Kontakt ist. Dadurch wird ein stetiger Steifigkeitsverlauf gewährleistet, der sich positiv auf die Dämpfungseigenschaften des Dämpferlagers auswirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007003207 A1 [0003]
- DE 102005009667 A1 [0004, 0028]
- EP 62835 A1 [0024]
- EP 36994 A2 [0024]
- EP 250969 A1 [0024]
- EP 1171515 A1 [0024]
- DE 19548770 A1 [0024]
- DE 19548771 A1 [0024]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 845 [0023]
- DIN EN ISO 1798 [0023]
- DIN EN 150 1798 [0023]
- DIN ISO 34-1 B (b) [0023]
