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Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für eine Lagerung, insbesondere eines Fahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, aufweisend wenigstens einen hohlzylinderförmigen Lagerkörper, der zumindest teilweise aus einem Elastomer hergestellt ist, und wenigstens eine zylinderförmige Stützeinheit, die bezüglich einer Längsmittelachse des Lagerkörpers radial innen zu dem Lagerkörper angeordnet ist und die wenigstens zwei umfänglich versetzt zueinander angeordnete, separat ausgebildete Stützsegmente und wenigstens einen Spreizkörper aufweist, wobei der Spreizkörper zwischen zwei einander zugewandten Stoßflächen der Stützsegmente angeordnet ist.
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Es ist bekannt, zwei Bauteile über eine Lagereinheit derart beweglich miteinander zu verbinden, dass Schwingungen des einen Bauteils über die Lagereinheit gedämpft bzw. reduziert auf das andere Bauteil übertragen werden. Hierzu umfasst eine solche Lagereinheit in der Regel eine elastomere Lagerbuchse, die in den Kraftfluss zwischen den über der Lagerbuchse miteinander verbundenen Bauteilen geschaltet ist. Eine solche Lagerbuchse ermöglicht zudem eine dreidimensionale Bewegbarkeit der beiden Bauteile relativ zueinander. Entsprechende Lagereinheiten werden häufig in einem Fahrwerk bzw. einem Fahrgestell eines Fahrzeugs verbaut, um beispielsweise Lenker des Fahrwerks an Karosseriebauteile, Hilfsrahmen oder dergleichen anzulenken. Üblicherweise stützt sich die elastomere Lagerbuchse radial innen an einer Außenmantelfläche einer Stützhülse ab, über welche die Lagerbuchse mit einem der Bauteile verbunden wird.
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Eine Lagereinheit mit einem elastomeren Lagerkörper benötigt in der Regel einen vorhergehenden Kalibrierungsprozess, um die Eigenschaften der Lagereinheit einstellen bzw. an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen zu können. Der Kalibrierungsprozess ist bei einer Lagereinheit mit einer oben genannten einstückig ausgebildeten Stützhülse jedoch eingeschränkt, da die Stützhülse ab einem bestimmten Verformungsgrad bricht. Das Aufweiten bzw. Verformen der Stützhülse ist jedoch erforderlich, um ihren Außendurchmesser zur Kalibrierung vergrößern und hierdurch die Lagereinheit kalibrieren zu können.
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Die
US 3 881 711 A betrifft einen elastischen Halter für elastische Abfederungen, mit wenigstens einem Gummikissen zwischen zwei gleichachsigen Buchsen. Die innere Buchse besteht aus wenigstens zwei Elementen, die bei der Montage durch einen zentralen Dorn auseinandergespreizt werden. Der größte Teil des Querschnitts des elastischen Kissens an der Stelle der Ränder der beiden Elemente der inneren Buchse ist durch Hohlräume ersetzt, deren Querschnitt sich in tangentialer Richtung über eine Strecke erstreckt, die größenordnungsmässig das Zweifache bis Dreifache des Abstands zwischen diesen Rändern beträgt.
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Die
EP 0 381 945 A2 betrifft eine Gummi-Metall-Buchse für die Lagerung eines Stabilisatorstabes an einem Kraftfahrzeug, mit zwei Gummi-Metall-Halbschalen, die jeweils eine äußere Metall-Halbschale, eine Gummi-Halbschale und eine innere Metall-Halbschale aufweisen. Zudem umfasst die Gummi-Metall-Buchse eine innere dünne Gummischicht, die festhaftend auf den inneren Metall-Halbschalen aufvulkanisiert ist. Die dünne Gummischicht verläuft an zwei sich gegenüberliegenden Längsrändern der inneren Metall-Halbschalen durchgehend von einer Gummi-Metall-Halbschale zur anderen, so dass die beiden Gummi-Metall-Halbschalen einseitig zusammenhängen. An der durchgehenden dünnen Gummischicht ist ein Gummi-Filmscharnier gebildet, an dem die beiden Gummi-Metall-Halbschalen aufklappbar sind.
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Die
US 7 441 759 B2 betrifft ein elastomeres Buchsenlager, das als Schlitzbuchse ausgebildet ist und aus einem zylinderförmigen Innenteil, einer das Innenteil konzentrisch umgebenden Außenhülse und aus einem, zwischen dem Innenteil und der Außenhülse angeordneten, mit ihnen durch Vulkanisation verbundenen elastomeren Lagerkörper besteht. In der Außenhülse ist mindestens ein sich in axialer Richtung über die gesamte Länge der Außenhülse erstreckender Schlitz ausgebildet. An wenigstens einem der axialen Enden der Außenhülse ist eine Bördelung ausgebildet.
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Die
US 3 230 000 A betrifft einen elastischen Buchsenaufbau mit einer Außenhülse, einer Innenhülse und einer dazwischen eingespannten Gummibuchse. Die Innenhülse ist axial endseitig mit umlaufenden Flanschen versehen. Die Außenhülse ist axial kürzer als die Innenhülse ausgebildet und umfasst an einem axialen Ende einen umlaufenden Flansch.
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Die
US 5 413 374 A betrifft eine elastische Polymerhülse zur Befestigung eines ersten Elements an einem zweiten Element in Fahrzeugaufhängungen. Die Polymerhülse umfasst ein inneres zylinderförmiges Element, ein äußeres zylinderförmiges Element und einen elastischen Polymereinsatz, der zwischen dem inneren und dem äu-ßeren Element zusammengedrückt gehalten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagereinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, deren Eigenschaften unter geringem Aufwand einstellbar sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Lagereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei der Spreizkörper derart ausgebildet ist, dass er sich ausschließlich an den Stoßflächen abstützt und diese unter elastischer Verformung des Lagerkörpers voneinander weg drängt.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen 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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Erfindungsgemäß wird der Lagerkörper durch die Anordnung des Spreizkörpers zwischen den einander zugewandten Stoßflächen der Stützsegmente elastisch verformt. Hierdurch kann der Lagerkörper vorgespannt werden, um die Eigenschaften, insbesondere die Federsteifigkeit und/oder die Torsionssteifigkeit, der Lagereinheit während eines Kalibiervorgangs einstellen zu können. Gleichzeitig können hierdurch die Dauerhaltbarkeit der Lagereinheit und die Dauerschwingfestigkeit der Lagereinheit verbessert werden.
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Die erfindungsgemäße Lagereinheit kann während einer Kalibrierung derart stark mit radialen Kräften beaufschlagt werden, dass die Eigenschaften der Lagereinheit und die Dauerhaltbarkeit von deren Verhalten aufgrund der durch die radiale Aufweitung der Stützeinheit bewirkten Druckbelastung des Lagerkörpers eingestellt bzw. an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden können, ohne dass es zu einem Schaden an der Stützeinheit kommt. Entsprechend hohe radiale Kräfte können bei herkömmlichen Lagereinheiten nicht für eine Kalibrierung verwendet werden, was mit einer eingeschränkten Kalibrierung dieser Lagereinheiten einhergeht.
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Der Spreizkörper kann aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Die Anzahl der Spreizkörper entspricht vorzugsweise der Anzahl der Stützsegmente. Mehrere Spreizkörper können über einen beispielsweise scheibenförmig oder ringförmig ausgebildeten Verbindungskörper miteinander verbunden sein und so zusammen mit dem Verbindungskörper eine monolithisch hergestellte, einteilige Spreizkörpereinheit bilden. Die erfindungsgemäße Lagereinheit kann beispielsweise wenigstens zwei, aber auch drei, vier, fünf oder mehr Stützsegmente aufweisen. Bevorzugt ist zwischen allen einander zugewandten Stoßflächen von umfänglich benachbart zueinander angeordneten Stützsegmenten jeweils wenigstens ein Spreizkörper angeordnet, der sich ausschließlich an den jeweilig einander zugewandten Stoßflächen abstützt. Durch die jeweilige Wahl der Formgebung bzw. Größe des bzw. der Spreizkörper können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lagereinheit unter Verwendung eines als Gleichteil herstellbaren Lagerkörpers und der jeweils als Gleichteil herstellbaren Stützsegmente eingestellt bzw. variiert werden, indem diejenigen Spreizkörper für die Ausbildung der Stützeinheit verwendet werden, welche die Stützsegmente um ein bestimmtes Ausmaß voneinander weg drängen bzw. dadurch den Lagerkörper um ein gewünschtes Ausmaß verformen. Der bzw. die Spreizkörper können axial zwischen die jeweiligen Stoßflächen eingeführt bzw. eingepresst werden. Hierdurch wird die durch die Stützsegmente gebildete Baugruppe gespreizt bzw. radial aufgeweitet.
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Der hohlzylinderförmige Lagerkörper kann teilweise oder vorzugsweise vollständig aus einem Elastomer, wie beispielsweise Gummi, hergestellt sein. Der Lagerkörper umschließt radial außen die Stützeinheit. Die axiale Länge des Lagerkörpers kann sich von der axialen Länge der Stützeinheit unterscheiden oder gleich zu letzterer sein. Beispielsweise kann der Lagerkörper axial kürzer oder länger als die Stützeinheit ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Lagereinheit kann wenigstens eine Außenhülse aufweisen, die zumindest einen axialen Abschnitt des Lagerkörpers radial außen umschließt. Die Außenhülse kann durch Vulkanisation mit dem Lagerkörper verbunden sein.
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Die zylinderförmige Stützeinheit kann zur Verbindung der Lagereinheit mit einem Bauteil dienen. Hierbei bildet die Stützeinheit bzw. deren Stützsegmente eine radial innen liegende Abstützfläche, über die sich die Stützeinheit und somit die Lagereinheit an dem Bauteil abstützen können. Alternativ kann die erfindungsgemäße Lagereinheit eine Innenhülse aufweisen, die radial innen zu der Stützeinheit angeordnet ist und über welche die Stützeinheit mit einem Bauteil verbindbar ist. Die Stützeinheit kann beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Die Stützsegmente können aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein. Die Stützsegmente sind bevorzugt so ausgeführt, dass diese bei einem Vorspannen des Lagerkörpers in ihrer Ausgestaltung und Form unverändert bleiben. Durch die Spreizkörper werden die Stützsegmente nach radial außen gezwungen, so dass die Eigenschaften der Lagereinheit individuell einstellbar sind.
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Die erfindungsgemäße Lagereinheit kann beispielsweise zum Lagern eines Bauteils, insbesondere eines Lenkers (Längslenker, Querlenker) oder dergleichen, eines Fahrwerks bzw. Fahrgestells eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, an einem Chassis, Hilfsrahmen oder Rahmenelement des Fahrzeugs eingesetzt werden. Die Lagereinheit kann aber auch für andere Zwecke außerhalb des Automobilbaus eingesetzt werden, um zwei Bauteile beweglich und schwingungsdämpfend miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an wenigstens einer Stoßfläche von wenigstens einem Stützsegment wenigstens eine axial verlaufende Nut ausgebildet, in die der Spreizkörper formschlüssig eingreift und die sich axial über zumindest einen Abschnitt des Stützsegments erstreckt. Hierdurch wird eine lagetreue Positionierung des Spreizkörpers relativ zu den Stützsegmenten sichergestellt. Zudem wird verhindert, dass sich die Eigenschaften der Lagereinheit durch ein Verlagern des Spreizkörpers während eines Betriebs bzw. Einsatzes der Lagereinheit verändern. Zudem wird die Einbringung des Spreizkörpers zwischen die Stützsegmente durch die Führung des Spreizkörpers mittels der Nut vereinfacht, was letztendlich die Montage der Lagereinheit vereinfacht. Es kann auch an jeder mit dem Spreizkörper in Kontakt stehenden Stoßfläche jeweils eine entsprechende axiale Nut ausgebildet sein.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Lagerkörper wenigstens einen Hohlraum, der sich axial über zumindest einen Abschnitt des Lagerkörpers erstreckt, radial innen offen ausgebildet ist und zumindest teilweise radial außen zu dem Spreizkörper angeordnet ist. Hierdurch wird der Lagerkörper in einem radial außen zu dem Spreizkörper liegenden Bereich zwar geschwächt. Dies erleichtert aber das axiale Einführen des Spreizkörpers zwischen die Stützsegmente, da sich der Lagerkörper im Bereich des Hohlraums unter einem geringeren Kraftaufwand verformen lässt. Der Hohlraum kann im Querschnitt beispielsweise elliptisch, oval oder polygonal ausgebildet sein. Vorzugsweise entspricht die Anzahl von Hohlräumen des Lagerkörpers der Anzahl von Spreizkörpern der Stützeinheit. Die Ausgestaltung des Hohlraums wirkt sich aber ebenfalls auf die Eigenschaften der Lagereinheit aus, was bei dem Einsatz geeigneter Spreizkörper Berücksichtigung findet um die gewünschten Eigenschaften einzustellen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Stützeinheit vier umfänglich versetzt zueinander angeordnete, separat ausgebildete Stützsegmente und vier Spreizkörper aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Stützsegmenten jeweils ein Spreizkörper angeordnet ist. Hierdurch kann der Lagerkörper gleichmäßig in zwei senkrecht zueinander und senkrecht zur Längsmittelachse des Lagerkörpers verlaufenden Richtungen gespreizt bzw. innen radial aufgeweitet und somit vorgespannt werden, wobei der Außenumfang des Lagerkörpers bevorzugt unverändert bleibt.
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Vorteilhafterweise sind die beiden Stoßflächen von jedem Stützsegment bezüglich der Längsmittelachse des Lagerkörpers um 90° umfänglich versetzt zueinander angeordnet. Hierdurch können sich umfänglich benachbart zueinander angeordnete Stützsegmente über die jeweils einander zugewandten Stoßflächen flächig aneinander abstützten, wenn die Spreizkörper noch nicht zwischen den Stützsegmenten angeordnet sind.
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Eine erfindungsgemäße Lagerung, insbesondere für ein Fahrzeug, umfasst wenigstens zwei über eine Lagereinheit beweglich miteinander verbundene Bauteile, wobei die Lagereinheit nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen technisch sinnvollen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander ausgebildet ist.
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Mit der Lagerung sind die oben mit Bezug auf die Lagereinheit genannten Vorteile entsprechend verbunden. Wenigstens ein Bauteil kann ein Lenker eines Fahrwerks bzw. Fahrgestells des Fahrzeugs sein, der über die Lagereinheit gelenkig mit dem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Chassis, verbunden ist. An wenigstens einem Bauteil kann ein Lagerauge ausgebildet sein, in das die Lagereinheit zumindest teilweise eingefügt ist.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfasst wenigstens eine vorgenannte Lagerung.
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Mit dem Fahrzeug sind die oben mit Bezug auf die Lagereinheit genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet die Lagerung einen Teil eines Fahrgestells des Fahrzeugs. Insbesondere kann die Lagerung ein Teil eines Fahrwerks des Fahrzeugs sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lagereinheit ohne Spreizkörper,
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung der in 1 gezeigten Lagereinheit mit Spreizkörpern,
- 3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Stützsegments der in den 1 und 2 gezeigten Lagereinheit,
- 4 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Spreizkörpers der in 2 gezeigten Lagereinheit, und
- 5 eine schematische und perspektivische Darstellung einer einteiligen Spreizkörpereinheit eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lagereinheit.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Lagereinheit 1 für eine nicht gezeigte Lagerung eines Fahrzeugs ohne Spreizkörper.
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Die Lagereinheit 1 weist einen hohlzylinderförmigen Lagerkörper 2 auf, der vollständig aus einem Elastomer hergestellt ist. Des Weiteren weist die Lagereinheit 1 eine hohlzylinderförmige Stützeinheit 3 auf, die bezüglich einer Längsmittelachse 4 des Lagerkörpers 2 radial innen zu dem Lagerkörper 2 angeordnet ist. Eine radiale Dicke d bzw. D erstreckt sich jeweils von einem Innenumfang zu einem Außenumfang der Stützeinheit 3 bzw. des Lagerkörpers 2, wie anhand der Doppelpfeile erkennbar ist. In 1 sind die radialen Dicken d, D annährend gleich. In 2 dagegen, also im vorgespannten Zustand des Lagerkörpers 2 ist die radiale Dicke d der Stützeinheit 3 größer als die radiale Dicke D des Lagerkörpers 2.
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Die Stützeinheit 3 weist vier umfänglich versetzt zueinander angeordnete, separat ausgebildete Stützsegmente 5 auf. Des Weiteren weist die Stützeinheit 3 vier in 2 gezeigte Spreizkörper 10 auf, die jeweils zwischen jeweils zwei einander zugewandten Stoßflächen 6 und 7 der Stützsegmente 5 angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie sich ausschließlich an den Stoßflächen 6 und 7 abstützen und diese unter elastischer Verformung des Lagerkörpers 2 voneinander weg drängen. Die beiden Stoßflächen 6 und 7 von jedem Stützsegment 5 sind bezüglich der Längsmittelachse 4 des Lagerkörpers 2 um 90° umfänglich versetzt zueinander angeordnet, aber parallel zueinander verlaufend angeordnet. An jeder Stoßfläche 6 bzw. 7 von jedem Stützsegment 5 ist eine axial verlaufende Nut 8 ausgebildet, in die der jeweilige Spreizkörper 10 formschlüssig eingreift und die sich axial über zumindest einen Abschnitt des jeweiligen Stützsegments 5 erstreckt. Die Stützsegmente 5 liegen ohne die Spreizkörper 10, wie in 1 gezeigt, über ihre jeweiligen Stoßflächen 6 und 7 flächig aneinander an.
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Der Lagerkörper 2 weist beispielhaft vier Hohlräume 9 auf, die sich jeweils axial über zumindest einen Abschnitt des Lagerkörpers 2 erstrecken, radial innen offen ausgebildet sind und teilweise radial außen zu dem jeweiligen Spreizkörper 10 angeordnet sind.
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2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung der in 1 gezeigten Lagereinheit 1 mit Spreizkörpern 10. Die Spreizkörper 10 sind zwischen benachbart zueinander angeordneten Stoßflächen 6 und 7 der jeweiligen Stützsegmente 5 angeordnet bzw. stützen sich ausschließlich an den Stoßflächen 6 und 7 ab und greifen in die an den Stoßflächen 6 und 7 jeweilig ausgebildeten axialen Nuten 8 ein. Durch das Einbringen der Spreizkörper 10 sind die jeweiligen Stoßflächen 6 und 7 unter elastischer Verformung des Lagerkörpers 2 voneinander weg gedrängt worden.
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3 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Stützsegments 5 der in den 1 und 2 gezeigten Lagereinheit. Es ist insbesondere zu erkennen, dass eine axiale Länge der Stützsegmente 5 im Wesentlichen einer axialen Länge des Lagerkörpers 2 entspricht und dass sich die axialen Nuten 8 über die jeweilige gesamte Stoßfläche 6 bzw. 7 erstrecken.
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4 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Spreizkörpers 10 der in 2 gezeigten Lagereinheit. Der Spreizkörper 10 ist rechteckförmig ausgebildet, und kann wie angedeutet an einem Ende sich konisch verjüngend ausgeführt sein.
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5 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung einer einteiligen Spreizkörpereinheit 11 eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine nicht weitergehender gezeigte, erfindungsgemäße Lagereinheit. Die Lagereinheit kann beispielsweise entsprechend 1 ausgebildet sein, jedoch ohne dass an den einander zugewandten Stoßflächen der nicht gezeigten Stützsegmente Nuten ausgebildet sind.
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Die Lagereinheit kann zwei entsprechend ausgebildete Spreizkörpereinheiten 11 aufweisen, die an axial einander gegenüberliegenden Enden der nicht gezeigten Stützeinheit angeordnet werden können.
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Die Spreizkörpereinheit 11 umfasst vier um 90° umfangsversetz zueinander angeordnete Spreizkörper 12, die über einen ringförmigen Verbindungskörper 13 miteinander verbunden sind. Insbesondere ist die Spreizkörpereinheit 11 monolithisch hergestellt bzw. hierdurch einteilig ausgebildet. Die Spreizkörper 12 ragen einseitig axial von dem Verbindungskörper 13 hervor. Jeder Spreizkörper 12 umfasst einen dem Verbindungskörper 13 abgewandt angeordneten, keilförmig ausgebildeten Endabschnitt 14. Alternativ kann jeder Spreizkörper 12 insgesamt keilförmig ausgebildet sein, was jedoch nicht in 5 gezeigt ist. Die Spreizkörper 12 werden axial zwischen die Stoßflächen der Stützsegmente gepresst, um die Stützeinheit radial aufzuweiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagereinheit
- 2
- Lagerkörper
- 3
- Stützeinheit
- 4
- Längsmittelachse von 2
- 5
- Stützsegment
- 6
- Stoßfläche von 5
- 7
- Stoßfläche von 5
- 8
- Nut von 6, 7
- 9
- Hohlraum von 2
- 10
- Spreizkörper
- 11
- Spreizkörpereinheit
- 12
- Spreizkörper
- 13
- Verbindungskörper
- 14
- Endabschnitt von 12
- d
- radiale Dicke von 3
- D
- radiale Dicke von 2
