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Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager zur Verbindung zweier Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Als elastische Lager zur Verbindung zweier Bauteile sind sogenannte Schlitzbuchsen-Lager allgemein bekannt, das aus einem zylindrischen Lagerinnenteil und einem dieses mit einem umlaufenden Abstand umgebenden, längsgeschlitzten Buchsenteil besteht, wobei dazwischen umlaufend ein Elastomerelement einvulkanisiert ist. Zur Montage und Komplettierung des elastischen Lagers werden das Buchsenteil mit Schließung des Längsschlitzes sowie der Elastomerkörper radial komprimiert und in ein zugeordnetes Aufnahmeauge eines zu lagernden Bauteils eingepresst. Das andere zu lagernde Bauteil wird am Lagerinnenteil angeschlossen. Solche elastischen Lager werden beispielsweise im Fahrzeugbau zur Lagerung von Lenkern, Aggregaten und Fahrerhäusern verwendet.
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Bei einer weitgehenden Schwingungsentkopplung zweier Bauteile um den Bereich der Ausgangslage können sich insbesondere im Fahrzeugbau Vorteile hinsichtlich der Fahrzeugakustik und/oder Kinematik ergeben. Dazu ist es erforderlich, um die Ausgangslage des elastischen Lagers bei einer Lagerauslenkung einen relativ großen freien Federweg oder zumindest einen Federweg mit möglichst kleinen Rückstellkräften zur Verfügung zu stellen. Ein solcher nahezu freier Federweg mit kleinen Rückstellkräften kann in an sich bekannter Weise durch die Dimensionierung von verwendeten Elastomerelementen realisiert werden, wobei relativ weiche, auf Schub beanspruchte Elastomerpakete verwendet werden. Notwendigerweise ist aber dadurch das elastische Lager insgesamt, insbesondere auch senkrecht zu einer vorgegebenen Lagerauslenkung welch mit nur geringen Führungseigenschaften und geringer Abstützfunktion bei größeren Lagerauslenkungen. Zudem ergibt sich bei einem so ausgelegten Lager ein Problem mit der Dauerfestigkeit, da bei einer Lagerauslenkung in der relativ weichen Richtung in Kombination mit Belastungen senkrecht dazu Überbeanspruchungen des Lagers auftreten können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elastisches Lager vorzuschlagen, mit dem bei nur kleinen Lagerauslenkungen in einer vorbestimmten Richtungen insbesondere für eine Schwingungsentkopplung keine oder nur relativ kleine Rückstellkräfte auftreten und im übrigen das Lager eine geeignete hohe Stütz- und Führungsfunktion bei hoher Dauerfestigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen elastischen Lager ist dazu in einem äußeren Lagergehäuse als erstem Lageranschlussteil eine durch wenigstens ein Elastomerelement unmittelbar oder mittelbar an der Lagergehäuse-Innenseite abgestützte Lagerkammer aufgenommen. In der Lagerkammer ist ein darin an wenigstens einer Lagerkammerwand geführtes und wegbegrenzt verschiebbares und verdrehbares Lagerinnenteil als zweites Lageranschlussteil enthalten. Bei einer Lagerauslenkung ist das Lagerinnenteil quer zur Führung durch diese abgestützt und entlang der Führung mit keiner oder geringer Gegenkraft jedoch an der Wegbegrenzung ansteigender Gegenkraft entsprechend einer ersten Federstufe verschiebbar. Eine weitere Lagerauslenkung wird dann im wenigstens einen Elastomerelement molekular mit vergleichsweise hoher Gegenkraft entsprechend einer zweiten Federstufe aufgenommen und am äußeren Lagergehäuse abgestützt.
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Mit einem so ausgebildeten elastischen Lager kann in einer bestimmten Auslenkrichtung um eine Lagerausgangsstellung innerhalb der Wegbegrenzung ein freier oder nahezu rückstellkraftfreier Federweg mit Verdrehmöglichkeit in Verbindung mit einer stabilen Führung quer zu der Lagerauslenkung zur Verfügung gestellt werden. Dieser Auslenkbereich kann vorteilhaft insbesondere zu einer Schwingungsentkopplung genutzt werden. Größere Lagerauslenkungen werden über die Schiebewegbegrenzung des Lagerinnenteils molekular mit vergleichsweise hoher Rückstellkraft im wenigstens einen Elastomerelement aufgenommen und im äußeren Lagergehäuse abgestützt. Damit werden bei großen Lagerbelastungen Überbeanspruchungen ausgeschlossen und eine hohe Dauerfestigkeit gewährleistet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das elastische Lager als zylindrisches Buchsenlager (O-Lager) aufgebaut. Dazu ist die Lagerkammer in der Form eines flachen, seitlich teilweise geschlossenen Zylinderrohrabschnitts ausgebildet mit einer zwischen der Zylinderumfangsfläche und einer längsgeschlitzten Metallbuchse einvulkanisierten Elastomerbuchse. Das äußere Lagergehäuse als zweites Lageranschlussteil ist ein zylindrisches Aufnahmeauge, in das die Metallbuchse mit geschlossenem Längsschlitz und mit radialer Vorspannung in der Elastomerbuchse eingepresst ist. Das zylindrische Aufnahmeauge kann ein separates, mit dem zu lagernden Bauteil verbindbares Zwischenteil sein oder unmittelbar am zu lagernden Bauteil integriert sein.
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Weiter soll bei dieser Lagerausführung die zylindrische Lagerkammer axial gegenüberliegende Seitenwände aufweisen und das Lagerinnenteil als kreisförmige Innenteilscheibe ausgebildet sein. Die planen Scheibenseitenflächen und die benachbarten planen Seitenwandinnenflächen der Lagerkammer liegen dabei als Führungsflächen verschiebbar aneinander.
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Zwischen der Scheibenumfangsfläche und der Zylinderinnenfläche der Lagerkammer ist ein kreisringförmiger Auslenkraum für die Innenteilscheibe gebildet. Damit ist die Innenteilscheibe in Axialrichtung abgestützt und geführt und in den anderen Raumrichtungen ist die Innenteilscheibe im Auslenkraum an den Führungsflächen gleitend verschiebbar ohne oder mit nur geringer Rückstellgegenkraft gehalten.
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Durch den kreisringförmigen Auslenkraum und die kreisförmige Innenteilscheibe ist diese zudem weitgehend frei um die Lagerachse verdrehbar, so dass dadurch auch Drehschwingungen entkoppelbar sind.
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Mit einem solchen elastischen Lager ist ein Ausgleich von Toleranzen von Anbauten bei einer spannungsfreien Montage möglich. Bei kleinen Lagerauslenkungen und kleinen Federwegen ergibt sich eine weiche Federkennung beziehungsweise ein freier Federweg mit einer progressiv ansteigenden Federkennung bei größeren Auslenkungen in Form einer Zwei-Stufen-Feder. Kleine Schwingungsamplituden können damit weitgehend abgekoppelt werden und die Verformung ist bei großen Amplituden begrenzt. Bei allen Federauslenkungen ist zudem eine Führung und Abstützung in Querrichtung gewährleistet.
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Eine einfach und kostengünstig herstellbare zylindrische Lagerkammer kann aus einer flachen Rohrbuchse gebildet werden mit axial beabstandeten, umlaufenden Anlagebünden, auf die Seitenwände als Kreisscheibenwände aufgesetzt und durch Umbördeln der Randstege dicht verbunden werden.
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Für einen einfachen Anschluss eines zu lagernden Bauteils an der Innenteilscheibe wird dort ein zentral in Achsrichtung ausgerichtetes Anschlusselement, vorzugsweise ein eingepresster Rohrabschnitt mit beidseitigen, abstehenden Anschlussstutzen vorgeschlagen. Um die Verlagerung der Innenteilscheibe im Auslenkraum der Lagerkammer zu ermöglichen, sind an den Seitenwänden der Lagerkammer zentrale Ausnehmungen für den oder die an der Innenteilscheibe abragenden Anschlussstutzen angebracht. Die Seitenwandausnehmungen haben entsprechend des Verlagerungswegs der Innenteilscheibe einen größeren Durchmesser als die Anschlussstutzen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Bereich an den zentralen Ausnehmungen der Seitenwände jeweils zwischen Lagerkammer und Anschlussstutzen abgedichtet. Damit wird das Eindringen von Umweltbelastungen in den Lagerinnenraum verhindert. Bei Lagerausführungen mit einer Flüssigkeitsfüllung wird zudem damit die Lagerdichtigkeit sichergestellt.
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Eine solche Abdichtung kann einfach und kostengünstig mittels einer Membran durchgeführt werden, auf die einerseits ein Metallring anvulkanisiert ist, der auf den jeweils zugeordneten Anschlussstutzen dicht aufgepresst wird, wobei die Membran andererseits an die zugeordnete Kammerwand im Bereich um die Ausnehmung dicht anvulkanisiert wird. Eine solche Dichtmembran wird unter Aufrechterhaltung der Dichtfunktion bei einer Relativbewegung zwischen dem Lagerinnenteil und der Lagerkammer verformt. Um hier gegebenenfalls Überlastungen der Membran und membranbedingte Rückstellkräfte zu reduzieren, kann die Membran eine oder mehrere Wellen in Form eines Faltenbalgs aufweisen.
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Grundsätzlich ist die angegebene Funktion des erfindungsgemäßen Lagers ohne jegliche Füllung im Auslenkraum der Lagerkammer gegeben. Vorteilhaft kann jedoch der abgedichtete Kammerinnenraum, insbesondere der Auslenkraum mit einer Lagerflüssigkeit gefüllt sein, wodurch eine gegebenenfalls vorteilhafte Dämpfung der Verlagerung des Lagerinnenteils in der Lagerkammer erfolgt. Die damit verbundene Strömung und Verlagerung von Lagerflüssigkeit erfolgt hier einfach im ringförmig zusammenhängenden Auslenkraum.
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Sowohl bei einer Ausführung mit oder ohne einer Flüssigkeitsfüllung ist es Zweckmäßig, die Innenteilscheibe für eine Wegbegrenzung mit einem umlaufenden Elastomeranschlag zu versehen, um einen allmählichen und nicht schlagartigen Übergang von der ersten auf die zweite Federstufe herzustellen. Wenn der Elastomeranschlag nach radial außen zudem dachförmig angestellt wird, kann der Anschlag anfänglich relativ weich erfolgen mit stark zunehmender Gegenkraft bei einer weiteren Anschlagverformung.
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In einer alternativen Ausführungsform wird anstelle einer Füllung mit einer Lagerflüssigkeit im Auslenkraum zwischen dem Lagerinnenteil und der Lagerkammer eine Elastomereinlage aus einem Material mit anfangs geringer und bei zunehmender Verpressung stark ansteigender Federkonstante eingebracht. Als besonders geeignetes Material wird dazu ein zelliges Polyurethan(PUR)-Elastomer vorgeschlagen, welches beispielsweise auf dem Markt unter der Bezeichnung Cellasto erhältlich ist. Ein progressives Druck-Stauchungs-Verhalten wird hier dadurch erreicht, dass bei einer Druckbelastung zuerst das Porenvolumen und dann der Werkstoff selbst gestaucht wird. Damit wird auch bei dieser Ausführungsform bei kleinen Auslenkungen eine weiche Federkennung mit einer weitgehenden Abkopplung kleiner Schwingungsamplituden erreicht mit einer anschließend progressiv ansteigenden Federkennung einerseits durch zunehmende Blockbildung der Elastomereinlage und andererseits durch Weiterleitung der Belastung in den die Lagerkammer umgebenden Elastomerkörper.
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Für eine verbesserte Leichtgängigkeit der Führung des Lagerinnenteils und der Lagerkammer kann zudem wenigstens eine der Führungsflächen mit einem Gleitmittel beschichtet sein und/oder die Lagerkammer und/oder das Lagerteil können aus einem gleitbaren Kunststoffmaterial hergestellt sein. In das Lagerinnenteil kann bei dieser Ausführungsform ein stabiler rohrförmiger Anschlussstutzen für eine stabile Anbindung eines zu lagernden Bauteils eingepresst sein.
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In einer weiterführenden Ausbildung eines der vorstehend beschriebenen elastischen Lager kann dem Federweg der äußeren Elastomerbuchse zudem ein wegbegrenzender, relativ harter Anschlag zugeordnet werden, so dass sich damit bei dessen Anschlagfunktion die Federkennung nochmals stark erhöht und sich somit eine drei-stufige Federkennung mit jeweils ansteigender Federkennung ergibt.
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Anhand einer Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung weiter erläutert:
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Es zeigen:
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1 ein Herstellteil eines elastischen Lagers einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
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2 einen Schnitt durch das Lager nach 1 entlang der Linie A-A,
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3 einen Schnitt durch das Lager nach 1 entlang der Linie B-B,
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4 eine perspektivische Ansicht des Lagers nach 1,
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5 das Lager nach 1 im eingebauten Zustand,
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6 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 5,
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7 ein Herstellteil eines elastischen Lagers einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
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8 einen Schnitt durch das Lager nach 7 entlang der Linie A-A,
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9 einen Schnitt aus 8 entlang der Linie B-B,
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10 eine perspektivische Darstellung des Herstellteils nach 7,
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11 ein elastisches Lager entsprechend 7 im eingebauten Zustand, und
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12 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 11.
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Die 1 bis 6 betreffen ein elastisches Lager 1, wobei in den 1 bis 4 unterschiedliche Darstellung des dafür verwendeten Herstellteils 2 gezeigt sind.
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Dieses besteht aus einer äußeren Metallbuchse 3 mit einem Längsschlitz 4, einer Lagerkammer 5 sowie einem Lagerinnenteil als Innenteilscheibe 6.
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Die Lagerkammer ist aus einem Zylinderrohrabschnitt 7 gebildet mit axial beabstandeten, umlaufenden Anlagebünden und axial abragenden Randstegen 8, 9, wobei dort Seitenwände 10, 11 als Kreisscheibenwände aufgesetzt und durch Umbördeln der Randstege 8, 9 dicht mit dem Zylinderrohrabschnitt 7 verbunden sind.
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Zwischen der Zylinderumfangsfläche der Lagerkammer 5 und der benachbarten Flächen der äußeren Metallbuchse 3 ist eine Elastomerbuchse 12 unvulkanisiert.
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Die Innenteilscheibe 6 weist als Wegbegrenzung einen umlaufenden Elastomeranschlag 13 auf, welcher nach radial außen dachförmig angestellt ist. Der Durchmesser der Innenteilscheibe 6 mit dem Elastomeranschlag 13 ist so groß dimensioniert, dass zur inneren Umfangsfläche der Lagerkammer 5 hin ein ringförmiger Auslenkraum 14 gebildet ist, der mit einer Lagerflüssigkeit 15 gefüllt ist.
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Die Breite der Innenteilscheibe 6 und der Lagerkammer 5 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Innenteilscheibe 6 mit ihren Seitenflächen zwischen den Seitenwänden 10, 11 in einer Querebene zur Lagerachse 16 verschiebbar geführt ist jedoch in Richtung der Lagerachse 6 abgestützt ist.
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In der Innenteilscheibe 6 ist zentral ein Rohrabschnitt 17 eingepresst, welcher beidseitig mit Anschlussstutzen 18, 19 jeweils über den seitlichen Bereich der Lagerkammer 5 herausragt.
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Um eine Verschiebung der Innenteilscheibe 6 in der Lagerkammer 5 zu ermöglichen, sind in deren Seitenwände 10, 11 jeweils zentrale Ausnehmungen 20, 21 angebracht innerhalb der sich der Rohrabschnitt 17 mit den abstehenden Anschlussstutzen 18, 19 bewegen kann.
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Um die Lagerflüssigkeit 15 im Lager zu halten und als Schutz gegen eindringende Umwelteinflüsse ist der Bereich der Ausnehmungen 20, 21 zu den Anschlussstutzen 18, 19 hin jeweils mit einer gewellten Dichtmembran 22, 23 abgedichtet. An jeder der kreisförmigen Dichtmembranen 22, 23 ist zentral ein Metallring 24, 25 anvulkanisiert der jeweils auf den zugeordneten Anschlussstutzen 18, 19 dicht aufgepresst ist. Der jeweils äußere Rand der Dichtmembran 22, 23 ist jeweils umlaufend zu den Ausnehmungen 20, 21 an den Seitenwänden 10, 11 dicht anvulkanisiert.
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In den 5 und 6 ist das elastische Lager 1 mit einem montierten Herstellteil 2 dargestellt. Dazu ist dieses in ein im Durchmesser reduziertes Aufnahmeauge 26 mit radialer Vorspannung in der Elastomerbuchse 12 und geschlossenem Längsschlitz 4 eingepresst, wobei das Aufnahmeauge 26 in einem ersten zu lagernden Bauteil integriert sein kann. Als zweites zu lagerndes Bauteil ist ein Anschlussbolzen 27 in den zentralen Rohrabschnitt 17 erngesteckt.
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Das dargestellte elastische Lager 1 hat folgende Funktion: bei kleinen Lagerauslenkungen entsprechend der Relativbewegungen zwischen dem Aufnahmeauge 26 und dem Anschlussbolzen 27 quer zur Lagerachse 16 wird die Innenteilscheibe 6 im Auslenkraum 14 nahezu gegenkraftfrei und nur durch die Lagerflüssigkeit 15 gedämpft ausgelenkt. Lediglich die Dichtmembranen 22, 23 können eine geringe Rückstellkraft ausüben. Bei einer weiteren größeren Auslenkung kommt der Elastomeranschlag 13 mit progressiver Federkennung als Wegbegrenzung für die Innenteilscheibe 6 zum Einsatz. Damit wird die Auslenkkraft auf die Lagerkammer 5 übertragen und über die Elastomerbuchse 12 sowie die Metallbuchse 3 im Aufnahmeauge 26 mit stark zunehmender Federkennung abgestützt.
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Die 7 bis 12 betreffen eine zweite Ausführungsform eines ähnlichen elastischen Lagers 28, so dass gleiche Lagerelemente entsprechend der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und ohne weitere Erläuterungen angegeben werden.
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In den 7 bis 10 sind unterschiedliche Darstellungen und Ansichten eines Herstellteils 29 des elastischen Lagers 29 gezeigt.
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Auch das Herstellteil 29 des elastischen Lagers 28 besteht aus einer äußeren Metallbuchse 3 mit Längsschlitz 4 und einer Lagerkammer 5 mit einer dazwischen einvulkanisierten Elastomerbuchse 12. In der Lagerkammer 5 ist verschiebbar durch deren Seitenwände 10, 11 geführt gehalten eine Innenteilscheibe 6 mit einem zentral eingepressten Rohrabschnitt 17 angeordnet. Der Rohrabschnitt 17 weist abstehende Anschlussstutzen 18, 19 auf, welche in zentralen Ausnehmungen 20, 21 der Seitenwände 10, 11 quer zur Richtung der Lagerachse 16 verlagerbar sind.
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Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform des elastischen Lagers 1 der 1 bis 6 besteht bei der zweiten Ausführungsform des elastischen Lagers 28 darin, das im Auslenkraum 14 kein Elastomeranschlag 13 und keine Lagerflüssigkeit 15 vorgesehen sind. Dort ist den Auslenkraum 14 insgesamt ausfüllend ein PUR-Einsatzring 30 angebracht. Der PUR-Einsatzring 30 ist aus zelligem Polyurethan hergestellt (zum Beispiel Handelsname: Cellasto) mit einer bei Druckbelastungen anfänglich sehr kleinen und nach relativ langem Druckweg stark bis zur Blockbildung ansteigender Federkennung. Damit ist auch bei dieser Ausführungsform eines elastischen Lagers 28 eine weitgehend ähnliche Funktion wie mit dem elastischen Lager 1 der ersten Ausführungsform realisierbar, insbesondere mit einer Schwingungsentkopplung bei kleinen Rückstellkräften im Bereich der Ausgangsstellung des elastischen Lagers 28.
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In den 11 und 12 ist entsprechend den 5 und 6 auch der Einbauzustand des elastischen Lagers 28 der zweiten Ausführungsform gezeigt.
