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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elastomerlager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einer äußeren Lagerteilaufnahme, einem eine Bohrung aufweisenden Innenteil und einem dazwischen vorgesehenen Elastomerkörper.
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Gattungsgemäße Elastomerlager sind im Stand der Technik, insbesondere im Bereich des Kraftfahrzeugbaus, seit langem bekannt. Üblicherweise werden über diese zwei Teile bzw. Baugruppen miteinander verbundenen und gelagert. Auf der Außenseite eines Elastomerkörpers ist hierzu als äußere Lagerteilaufnahme eine Metallhülse angebracht, welche in einer im Allgemeinen einem Gehäuse zugeordneten Elastomerlageraufnahme gehalten wird. In einem Inneren des Elastomerkörpers ist ein Innenteil befestigt, an dem ein Lagerteil, zum Beispiel ein Rad bzw. ein Motor eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Die über den Elastomerkörper zu lagernden Kräfte werden demnach zwischen dem Innenteil und der Metallhülse übertragen.
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Solche Elastomerlager werden auch als Alternative zu Kugelgelenken eingesetzt, weil sie Winkelbewegungen ermöglichen. Weiterhin stellen solche Lager Federwege zum Beispiel in Fahrwerksanbindungspunkten zur Verfügung und dienen somit einer Dämpfung und/oder Isolierung von Schwingungen insbesondere des Rad-/Reifensystems oder anderer Aggregate, um den Komfort der Fahrzeuginsassen zu verbessern. Bekannte Elastomerlager werden im Stand der Technik auch als Gestaltungselement einer elastokinematischen Fahrwerksauslegung des Vorspurverhaltens einzelner Räder eingesetzt.
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Im Stand der Technik weisen Elastomerlager oftmals verschiedene entlang unterschiedlicher Umfangsrichtungen verlaufende Belastungszonen auf, in denen die Elastomerlager ein unterschiedliches Ansprech-, Dämpfungs- bzw. Lagerverhalten zeigen. Aufgrund einer im Stand der Technik üblicherweise rotationssymmetrischen Geometrie der Elastomerlager besteht das Problem, dass ein maschinelles Einsetzen in die Elastomerlageraufnahme in einer definierten Ausrichtung der verschiedenen Belastungszonen zu den zu lagernden Lagerteilen sehr schwierig ist.
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Um diese definierte Ausrichtung im Stand der Technik gewährleisten zu können, sind die Elastomerlager üblicherweise mit einer eindeutig abfragbaren geometrischen bzw. optischen Kennzeichnung versehen. Speziell darauf abgestimmte Vorrichtungen bei der Montage fragen die Kennzeichnung ab und setzen die Elastomerlager dementsprechend in die Elastomerlageraufnahme ein. Trotzdem kommt es bei der Montage der Elastomerlager häufig zu einer leicht von der vorgegebenen Ausrichtung abweichenden Ausrichtung der unterschiedlichen Belastungszonen, welches zu Problemen bei der Fahrdynamik, im schlimmsten Fall zu Nachbesserungen im Zuge der Fahrzeugproduktion führt. Zudem bedingt dies einen signifikanten Ausschuss an Lagervorrichtungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Elastomerlager der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich einfacher in einer vorgegebenen Position in eine Elastomerlageraufnahme verbringen lässt und damit die Herstellung von Lagervorrichtungen wirtschaftlicher macht. Auch will die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Gehäuse für ein solches Elastomerlager und eine entsprechende Lagervorrichtung angeben.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Elastomerlager mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses unterscheidet sich vom Stand der Technik dadurch, dass eine äußere Lagerteilaufnahme und/oder eine in einem Innenteil ausgeprägte Bohrung mindestens zwei verschiedene Durchmesser aufweist.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich von der Vorstellung leiten, dass ein solches Elastomerlager üblicherweise einen Elastomerkörper enthält, über den zwei Lagerteile, bevorzugt Baugruppen eines Kraftfahrzeugs wie z.B. Räder- oder Motorelemente, gelagert sind. Hierfür weist dieser eine äußere Lagerteilaufnahme und ein eine bevorzugt zylindrisch ausgeführte Bohrung enthaltendes Innenteil auf, über welche eine Wirkverbindung der beiden zu lagernden Lagerteile erreicht wird und die zwischen sich den Elastomerkörper aufnehmen.
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Als äußere Lagerteilaufnahme sind diejenigen Funktionseinheiten an dem Elastomerkörper zu verstehen, über die aufgrund seiner Lagereigenschaften während der Verwendung Kräfte bzw. Momente nach außen abgetragen werden. Üblicherweise verhindert die äußere Lagerteilaufnahme insbesondere eine Abnutzung des Elastomerkörpers an seiner mit Innenumfangsflächen einer in einem Gehäuse ausgebildeten Elastomerlageraufnahme zusammenwirkenden Phasengrenze. Vorteilhaft ist die äußere Lagerteilaufnahme als an dem Elastomerkörper angebrachtes separates Element insbesondere aus einem harten, besonders bevorzugt aus einem metallischen Material ausgebildet. Die äußere Lagerteilaufnahme kann in Abhängigkeit der vorgegebenen Anforderungen auch mehrteilig ausgebildet, insbesondere durch einzelne beabstandet voneinander ausgebildete Lageraufnahmezonen definiert sein. Die äußere Lagerteilaufnahme bildet zum Beispiel Dämpfungskammern des Elastomerlagers begrenzende Wandungen aus. Üblicherweise wird eine solche Lagerteilaufnahme mitsamt dem Elastomerkörper in eine Elastomerlageraufnahme eines dem Elastomerkörper zugeordneten Gehäuses bzw. Lagerarms eingepresst.
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In einem üblicherweise mittig innerhalb des Elastomerkörpers ausgebildetem Innenteil ist eine zylindrische Bohrung ausgeführt, in welche zum Beispiel ein Zapfen eines zweiten zu lagernden Teils, z.B. eines Motor- oder einer Radaufhängung eingreift. Das Innenteil ist üblicherweise ein separates Element aus einem harten, besonders bevorzugt aus einem metallischen Material.
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Die äußere Lagerteilaufnahme und/oder die Bohrung des erfindungsgemäßen Elastomerlagers sind säulenartig ausgebildet und weichen in ihrer radialen Erstreckung von der Kreisform ab. Sie weisen bevorzugt mindestens zwei verschiedene Durchmesser auf. Sowohl die äußere Lagerteilaufnahme als auch fakultativ alleinig oder zusätzlich die Bohrung sind danach nicht rotationssymmetrisch ausgeführt. Die verschiedenen Durchmesser liegen demnach bevorzugt in Umfangsrichtung der Lagerteilaufnahme bzw. der Bohrung, d.h. senkrecht zu einer Elastomerlagerachse.
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Mit dem Durchmesser ist bei der äußeren Lagerteilaufnahme insbesondere der Durchmesser in Bezug auf Außenwandbereiche bzw. eine Außenumfangsfläche der äußeren Lagerteilaufnahme bezeichnet. Unter Außenwandbereichen im Unterschied zu der Außenumfangsfläche sind Außenwandflächen zum Beispiel einer mehrteiligen Lagerteilaufnahme zu verstehen, deren Geometrie keine durchgängige bzw. einheitliche Außenumfangsfläche bildet. In dem Fall, dass die äußere Lagerteilaufnahme mehrteilig ausgebildet ist, weisen verschiedene Teile der Lagerteilaufnahme demnach unterschiedliche Außenwandbereiche auf.
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Mit Durchmesser ist die durch den Mittelpunkt des Elastomerlagers verlaufende kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten gemeint. Bei einer mehrteiligen äußeren Lagerteilaufnahme ist der Durchmesser dementsprechend die kürzeste Verbindung von einem ersten Außenwandbereich eines ersten Teils der Lagerteilaufnahme durch den Mittelpunkt des Elastomerlagers bis zu einem zweiten Außenwandbereich des zweiten Teiles.
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Dabei kann eine Innenumfangsfläche der Lagerteilaufnahme indes rotationssymmetrisch sein. Bevorzugt wird indes eine nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung der Lagerteilaufnahme an ihrer Außenumfangsfläche bzw. in deren Außenwandbereichen wie auch an deren Innenumfangsfläche bzw. deren Innenwandbereichen. Die Lagerteilaufnahme ist hierzu üblicherweise als dünnwandige Hülse ausgeformt.
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Dieser nicht rotationssymmetrischen Ausgestaltung der Lagerteilaufnahme folgt üblicherweise die außenumfängliche Kontur des Elastomerkörpers. Üblicherweise weist auch die an dem Gehäuse bzw. Lagerarm ausgebildete Elastomerlageraufnahme eine zu der nicht rotationssymmetrischen Geometrie der äußeren Lagerteilaufnahme korrespondierende Geometrie auf, so dass eine lagegenaue Positionierung des Elastomerlagers relativ zu dem Gehäuse bzw. Lagerarm durch die nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung gegeben ist.
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Aufgrund der in radialer Richtung von der Kreisform abweichenden Erstreckung des Elastomerlagers weist dieses in Umfangsrichtung unterschiedliche Wandstärken auf. Durch eine belastungsabhängige Auslegung der Wandstärken lassen sich senkrecht zu der Achse des Elastomerlagers richtungsabhängige, auf die jeweiligen Erfordernisse abgestimmte Dämpfungseigenschaften einstellen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat die äußere Lagerteilaufnahme einen ovalen Querschnitt. Unter dem ovalen Querschnitt der äußeren Lagerteilaufnahme ist insbesondere eine ovale Geometrie in der axialen Draufsicht der Außenwände der äußeren Lagerteilaufnahme zu verstehen. In dem Fall, dass die Lagerteilaufnahme aus einzelnen voneinander beabstandeten verschiedenen Teilen besteht, bilden die Außenwände der einzelnen Teile dementsprechend eine ovale Hüllfläche. So bildet eine fiktive Verlängerung der Außenwandflächen der einzelnen Teile einen ovalen Querschnitt. Die äußere Lagerteilaufnahme kann darüber hinaus auch einen polygonalen Querschnitt aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll die äußere Lagerteilaufnahme wenigstens ein mit dem Elastomerkörper fest verbundenes Metallblech umfassen. Besonders vorteilhaft wird die äußere Lagerteilaufnahme aus zwei sich gegenüberliegenden auf den Außenwänden des Elastomerkörpers aufgebrachten Metallblechen gebildet. Diese bevorzugte Weiterbildung lässt sich von der Vorstellung leiten, dass üblicherweise ein Streifen eines Metallmaterials zumindest an einem der Außenwandbereiche mit dem Elastomerkörper, bevorzugt durch Vulkanisation verbunden ist. Das Metallblech wird bevorzugt in denjenigen Außenwandbereichen des Elastomerkörpers angebracht, die mit Innenwandflächen der Elastomerlageraufnahme wechselwirken.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die äußere Lagerteilaufnahme als eine fest mit dem Elastomerkörper verbundene Metallhülse ausgeführt. Bevorzugt ist der Elastomerkörper in die Metallhülse eingepresst und/oder in den Elastomerkörper einvulkanisiert. Eine Metallhülse zeichnet sich regelmäßig dadurch aus, dass diese den Elastomerkörper einteilig integral und vollumfänglich umlaufend in Umfangsrichtung umgibt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat das Elastomerlager zumindest zwei in Umfangsrichtung versetzt zueinander ausgeformte, unterschiedlich ausgebildete Belastungszonen. Durch diese unterschiedlichen Belastungszonen wird ein richtungsabhängiges Ansprech- bzw. Dämpfungsverhalten ausgebildet. Die unterschiedlichen Belastungszonen können beispielsweise durch Wahl unterschiedlicher, den Elastomerkörper ausformender Elastomermaterialien eingestellt werden. Üblicherweise bildet der Elastomerkörper des Weiteren zwischen sich und der Innenumfangsfläche der äußeren Lagerteilaufnahme eine oder mehrere Dämpfungskammern aus, die besonders vorteilhaft mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt sind. Auch hierdurch werden unterschiedliche Belastungszonen ausgeformt. Des Weiteren kann eine bestimmte Vorspannung des elastomeren Materials des Elastomerkörpers zu anisotropen Eigenschaften dieses führen. Die vorliegende Erfindung will insbesondere solche anisotropen Elastomerlager angeben, die besonders wirtschaftlich in die Elastomerlageraufnahme des Gehäuses verbringbar sind. Aufgrund der nicht rotationssymmetrischen Ausgestaltung des Elastomerlagers können die verschiedenen Belastungszonen lagegenau in dem das Elastomerlager aufnehmenden Gehäuse angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung hat insbesondere Elastomerlager mit zwei verschiedenen Kennungen im Sinn. Besonders bevorzugt ist es, dass die verschiedenen Kennungen in einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind.
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Gemäß ihrem nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung ein Gehäuse zur Verbindung mit einem Lagerteil in einem Kraftfahrzeug mit einer Elastomerlageraufnahme vor, die mindestens zwei verschiedene Durchmesser aufweist.
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Üblicherweise hat die Elastomerlageraufnahme danach einen nichtrotationssymmetrischen Querschnitt. In dem Fall, dass innerhalb der Elastomerlageraufnahme einzelne Ausnehmungen und/oder Vorsprünge abgehen zählt der zu Innenumfangswänden dieser gemessene Durchmesser nicht als Durchmesser im Sinne der Erfindung. Demnach weist zum Beispiel eine an deren Innenumfangswänden kreisrunde Elastomerlageraufnahme mit einer Nut keine mindestens zwei verschiedene Durchmesser auf, auch wenn die Nut radial nach außen gegenüber der kreisrunden Geometrie vorsprengt. Sowohl für die erfindungsgemäße äußere Lagerteilaufnahme als auch für die erfindungsgemäße Bohrung gilt dieselbe Sichtweise.
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Besonders bevorzugt wird diese Elastomerlageraufnahme durch eine von den Innenumfangswänden begrenzten Aufnahmeöffnung ausgebildet. Üblicherweise soll ein Elastomerlager, welches für die Elastomerlageraufnahme vorgesehen ist eine derartige Geometrie aufweisen, dass die Außenumfangsfläche des Elastomerlagers das Negativ der Innenumfangsfläche der Elastomerlageraufnahme bildet. Besonders bevorzugt ist die Elastomerlageraufnahme so ausgestaltet, dass das Elastomerlager in diese verdrehfest eingepresst werden kann.
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Das Gehäuse mit einer solchen Elastomerlageraufnahme wird üblicherweise in einem Urformverfahren, insbesondere in einem Spritz- oder Druckgussverfahren hergestellt, wobei die Aufnahmeöffnung in demselben Produktionsschritt wie das Gehäuse hergestellt wird. In einem solchen Gehäuse kann insbesondere das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Elastomerlager in vorbestimmter Weise und verdrehfest aufgenommen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung soll insbesondere die Elastomerlageraufnahme oval ausgebildet sein.
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Des Weiteren wird mit der vorliegenden Erfindung eine Lagervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 angegeben, welche durch ein erfindungsgemäßes Elastomerlager und ein erfindungsgemäßes Gehäuse ausgeformt ist.
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Üblicherweise bildet demnach ein derartiges Elastomerlager zusammen mit dem Gehäuse eine Lagervorrichtung, die besonders bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angebracht werden soll. Die Lagervorrichtung kann zum Beispiel ein Teil eines Querlenkers, ein Teil einer Pendelstütze, einer Radaufhängung, eines Motors oder weiterer Kraftfahrzeugbaugruppen sein. Üblicherweise ist das Gehäuse demnach besonders bevorzugt mit einer Elastomerlageraufnahme versehen, von der sich ein Arm erstreckt, der mit einem weiteren Teil verbunden oder alternativ an seinem anderen Ende eine zweite mit einem zweiten Elastomerlager versehene Elastomerlageraufnahme enthält.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elastomerlagers;
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2 eine schematische Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gehäuses mit einer Elastomerlageraufnahme, in welche das Elastomerlager nach 1 passt; und
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3 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Teils einer Lagervorrichtung aus dem Stand der Technik mit zwei versetzt zueinander angeordnete Belastungszonen des Elastomerlagers.
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1 zeigt ein Elastomerlager 2 mit einem zwischen einem Innenteil 4 und einer äußeren Lagerteilaufnahme 6 angebrachten Elastomerkörper 8. Das Innenteil 4 ist als kreisrunde Metallhülse 4 ausgeführt, welche im Zentrum eine durchgängige Bohrung 10 aufweist. Die äußere Lagerteilaufnahme 6 ist als ovale Metallhülse ausgebildet. Eine Innenumfangsfläche 12 des Elastomerkörpers 8 ist durch Vulkanisation in deren gesamten Bereich mit einer Außenumfangsfläche 14 des als Metallhülse 4 ausgeführten Innenteils fest verbunden.
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Eine Außenumfangsfläche 16 des Elastomerkörpers 2 liegt an einer Innenumfangsfläche 18 der äußeren Lagerteilaufnahme 6 an. Der Elastomerkörper 2 ist in die äußere Lagerteilaufnahme 6 eingepresst. Eine Außenumfangsfläche 20 der äußeren Lagerteilaufnahme 6 weist ebenfalls ovale Wände auf. Demnach ist die äußere Lagerteilaufnahme 6 nicht rotationssymmetrisch und weist zumindest zwei unterschiedliche Durchmesser in Außenumfangsrichtung auf. Die in 1 gezeigte äußere Lagerteilaufnahme 6 weist einen kleinsten Durchmesser 22 in Y-Richtung (der Außenumfangsrichtung) und ein größten Durchmesser 24 in Z-Richtung auf. Die beiden Durchmesser 22, 24 liegen in derselben Ebene senkrecht zu einer axialen Richtung des Elastomerlagers 2. Eine Wanddicke 26 des Elastomerkörpers 8 in Y-Richtung ist aufgrund der unterschiedlichen Geometrie des Innenteils 4 und der äußeren Lagerteilaufnahme 6 dünner als die Wanddicke 27 des Elastomerkörpers 8 in Z-Richtung des Elastomerlagers 2. Durch die unterschiedlichen Wanddicken 26, 27 des aus einem homogenen Material ausgebildeten Elastomerkörpers 8 sind zwei senkrecht zueinander stehende unterschiedliche Belastungszonen ausgebildet. Durch die dünne Wanddicke 26 in Y-Richtung ist die Flexibilität des Elastomerlagers im Vergleich zu der Flexibilität in Z-Richtung eingeschränkt. Dementsprechend ist die Kennung in Z-Richtung des Elastomerlagers 2 weicher als die Kennung in Y-Richtung.
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2 zeigt ein Gehäuse 28 mit einer in diesem als Aufnahmeöffnung ausgebildeten Elastomerlageraufnahme 30. Die Geometrie der Aufnahmeöffnung 30 ist dementsprechend auf die außenumfängliche Kontur der äußeren Lagerteilaufnahme 6 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels abgestimmt. Innenumfangsflächen 32 der Lagerteilaufnahme 30 liegen dementsprechend nach Montage des Elastomerlagers 2 in der Aufnahmeöffnung 30 des Gehäuses 28, formschlüssig an den Außenumfangsflächen 20 der äußeren Lagerteilaufnahme 6 an. Üblicherweise ist das Elastomerlager 2 in Presspassung in der Aufnahmeöffnung 30 gehalten. Durch eine zu der Geometrie der äußeren Lagerteilaufnahme 6 kongruente Geometrie der Aufnahmeöffnung 30 ist eine verdrehfeste Anordnung des Elastomerlagers 2 in genau vorgegebener Position gewährleistet. Das Gehäuse 28 weist gleichwohl abweichend von der Form der Hülse 6 an den Innenumfangsflächen 32 der Aufnahmeöffnung 30 zwei sich gegenüberliegende Ausnehmungen 34 auf. Diese Ausnehmungen 34 lassen zu dem Außenumfang der Hülse 6 jeweils an gegenüberliegenden Positionen Zwickel frei, die ein Entfernen des Elastomerlagers 2 aus der Aufnahmeöffnung 30 erleichtern. Das Gehäuse 28 weist von der Aufnahmeöffnung 30 abragend einen Arm 36 auf, der üblicherweise an dem anderen nicht dargestellten Ende entweder einteilig mit einem weiteren Teil verbunden ist oder eine zweite Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Elastomerlagers aufweist.
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3 zeigt ein Beispiel der auftretenden Probleme bei einem im Stand der Technik bekannten in einer Aufnahmeöffnung 30 eines Gehäuses 28 gelagerten Elastomerlager 2. Dadurch, dass das Elastomerlager 2 eine kreisrunde Außenumfangsfläche 20 aufweist, und die Geometrie der Aufnahmeöffnung 30 des Gehäuses 28 auch kreisrund ausgebildet ist, kann sich das Elastomerlager 2 leicht innerhalb der Aufnahmeöffnung 30 verdrehen. Das Elastomerlager 2 passt demnach in unterschiedlichen Ausrichtungen in die Aufnahmeöffnung 30 hinein. Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel des aus dem Stand der Technik bekannten Elastomerlagers 2 verdeutlicht weitergehend das Problem, wenn das Elastomerlager 2 zwei unterschiedliche Belastungszonen 38, 38’ ausformt. Eine der Belastungszonen 38 ist schematisch in 3 dargestellt. Eine weitere Belastungszone 38’ ist in einem Winkel von 90° zu der ersten Belastungszone 38 ausgeprägt. In dem Beispiel soll die Belastungszone 38 in genau einem Winkel von 90° ± 5 zu dem Arm 36 des Gehäuses 28 ausgerichtet werden. Dies ist aufgrund der leichten Verdrehbarkeit des Elastomerlagers 2 in der Aufnahmeöffnung 30 nur schwer und mit einem verhältnismäßig hohen technischen Aufwand möglich. Ein Vergleich dieses Ausführungsbeispiels mit dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elastomerlagers, Gehäuses bzw. der Lagervorrichtung zeigt deutlich deren Vorteile.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Elastomerlager
- 4
- Innenteil (Metallhülse)
- 6
- äußere Lagerteilaufnahme (Metallhülse)
- 8
- Elastomerkörper
- 10
- Bohrung
- 12
- Innenumfangsfläche (Elastomerkörper)
- 14
- Außenumfangsfläche (Innenteil)
- 16
- Außenumfangsfläche (Elastomerlager)
- 18
- Innenumfangsfläche (äußere Lagerteilaufnahme)
- 20
- Außenumfangsfläche (äußere Lagerteilaufnahme)
- 22
- kleinster Durchmesser
- 24
- größter Durchmesser
- 26
- Wanddicke (Y-Richtung)
- 27
- Wanddicke (Z-Richtung)
- 28
- Gehäuse
- 30
- Elastomerlageraufnahme/ Aufnahmeöffnung
- 32
- Innenumfangsfläche (Aufnahmeöffnung)
- 34
- Ausnehmung
- 36
- Arm
- 38, 38’
- Belastungszone
