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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik und hier auf die schwingungsisolierende Kopplung von Bauteilen wie beispielsweise eine akustisch optimierte Anbindung eines Hilfsrahmens an einem Kraftfahrzeugaufbau.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung in diesem Zusammenhang auf ein Elastomerverbundlager nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 3.
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Ein gattungsgemäßes Elastomerverbundlager ist aus
JP H06-69469 U bekannt. Bei diesem bilden eine Lagerbuchse und eine Außenhülse eines Lagerinnenteils einen Pressverband mit einer wellenförmigen oder gezahnten Oberflächenkontur. Die Lagerbuchse und die Außenhülse sollen hierbei aus einem elastisch verformbaren Material wie einem glasfaserverstärkten Kunststoff auf Polyamidbasis hergestellt sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Alternativen aufzuzeigen, welche bei einfacher Fertigung eine hohe Auspresskraft des Elastomerverbundlagers ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Elastomerverbundlager gemäß Patentanspruch 1 sowie ferner durch ein Elastomerverbundlager gemäß Patentanspruch 3 gelöst. Eine Schwächung der Außenhülse des Lagerinnenteils wie etwa in
EP 2 456 995 B1 , welche vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt wird, ist vorliegend vermieden.
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Im Vergleich zu
EP 2 456 995 B1 lässt sich eine überraschend deutliche Erhöhung der Auspresskraft nach dem Verpressen erzielen, welche in
EP 2 456 995 B1 nicht absehbar war und deswegen dort vom Fachmann auch nicht in Erwägung gezogen wurde.
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Gleichwohl bleibt der Fertigungsaufwand bei der erfindungsgemäßen Lösung gering. Die Lippen können unmittelbar bei der Herstellung der Außenhülse an diese angeformt werden.
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Auch die Nutung des Innenumfangs der Lagerbuchse lässt sich im Vergleich zu
EP 2 456 995 B1 ohne substanziellen Mehraufwand herstellen.
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Wird die Lagerbuchse aus einem zu einem Rohrstück umgeformten Blechstreifen hergestellt, kann eine oberflächenprofilierende Bearbeitung sehr einfach an einer flachen Platine vorgenommen werden. Ein Ringschluss kann durch Clinchen oder dergleichen erfolgen.
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Weist die in Einschubrichtung erste Lippe einen kleineren Durchmesser auf als eine in Einschubrichtung nachfolgende Lippe, werden ein Einführen des Lagerinnenteils in die Lagerbuchse beim Ansetzen des Lagerinnenteils an die Lagerbuchse begünstigt und der weitere Vorschub erleichtert.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9.
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So können beispielsweise die Lagerbuchse an ihrem Innenumfang zwischen den Nuten kreiszylindrische Abschnitte und die Außenhülse des Lagerinnenteils an ihrem Außenumfang zwischen den Lippen kreiszylindrische Abschnitte ausbilden. Dabei ist der Durchmesser des Innenumfangs der kreiszylindrischen Abschnitte der Lagerbuchse kleiner als der Durchmesser des Außenumfangs der kreiszylindrischen Abschnitte der Außenhülse. Hierdurch entsteht nach einem axialen Verpressen ein Pressverband zwischen den miteinander in Eingriff befindlichen kreiszylindrischen Abschnitten. Die Auspresskraft des Elastomerverbundlagers wird durch den gleichzeitigen Eingriff der Lippen in die Nuten weiter erhöht.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsart sind die umlaufenden Nuten durch eine oberflächenprofilierende Bearbeitung hergestellt. Eine trennende Verletzung der Struktur der Lagerbuchse, wie sie in
EP 2 456 995 B1 vorgeschlagen wird, verbietet sich hier, da eine umlaufende Gestaltung, welche für die Montage von Vorteil ist, sonst unmöglich wäre. Zudem bedeutet eine solche Verletzung eine Schwächung für die Auspresskraft.
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Die oberflächenprofilierende Bearbeitung ist daher vorzugsweise eine lediglich umformende Bearbeitung. Als Beispiel sei hierzu ohne Beschränkung darauf Formwalzen, Rollen oder Prägen genannt. Auch andere Umformverfahren können zum Einsatz kommen.
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Die oberflächenprofilierende Bearbeitung kann gegebenenfalls so ausgeführt sein, dass eine Profilierung lediglich am Innenumfang auftritt, der Außenumfang der Lagerbuchse hiervon jedoch unbeeinträchtigt bleibt. insbesondere kann der Außenumfang der Lagerbuchse im Bereich der Nuten durchgängig kreiszylindrisch mit gleichbleibendem Durchmesser sein.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsart weisen die Lippen an ihren radialen Außenkanten in Einschubrichtung des Lagerinnenteils eine Abschrägung auf. Die erleichtert das axiale Verpressen des Lagerinnenteils mit der Lagerbuchse.
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Ferner können gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart die Lippen jeweils eine Flanke entgegen der Einschubrichtung aufweisen, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Einschubrichtung erstreckt. Hierdurch lassen sich sehr hohe Auspresskräfte für ein Herausziehen des Lagerinnenteils aus der Lagerbuchse verwirklichen, d.h. es wird eine hohe Sicherheit gegen ein axiales Lösen der Verbindung erzielt.
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Ferner können gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart die Lippen jeweils eine Flanke in Einschubrichtung aufweisen, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Einschubrichtung erstreckt.
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In einer besonderen Ausführungsvariante weisen die Lippen jeweils eine radiale Außenkante auf, wobei die Außenkanten sämtlicher Lippen auf einem gedachten Kegelstumpf verlaufen, dessen Durchmesser in Einschubrichtung abnimmt. Eine solche Tannenbaumkonfiguration ist für eine prozesssichere Montage besonders förderlich.
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In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Teilmenge der Lippen mit der jeweils korrespondierenden Nut axial formschlüssig in Eingriff steht. Hierdurch wird die Auszugskraft weiter erhöht.
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Im gleichen Sinne kann hierzu zumindest eine Teilmenge der Lippen in der jeweils korrespondierenden Nut komprimiert sein, so dass sich der Pressverband bildlich gesprochen bis in die Nuten hinein erstreckt.
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Das erfindungsgemäße Elastomerverbundlager eignet sich besonders für die Befestigung eines Hilfsrahmens an einem Kraftfahrzeugaufbau. Radseitige Schwingungsanregungen, welche zu dem Hilfsrahmen vordringen, können durch die Elastomerverbundlager an einer weiteren Fortpflanzung in den Fahrzeugaufbau gehindert werden. Dies betrifft insbesondere Anregungen im akustisch relevanten Frequenzbereich.
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Vorgeschlagen wird deswegen ferner eine Anordnung aus einem Kraftfahrzeugaufbau und einem Hilfsrahmen, bei welcher der Hilfsrahmen über mehrere Elastomerverbundlager nach einem der vorgenannten Ansprüche an dem Kraftfahrzeugaufbau befestigt ist, wobei die jeweiligen Lagerbuchsen mit den jeweiligen Lagerinnenteilen axial verpresst sind.
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In einer besonderen Ausführungsart kann die Festlegung derart erfolgen, dass die Einschubrichtungen aller Elastomerverbundlager parallel zueinander sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten nichtbeschränkenden Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hilfsrahmen,
- 2 eine Detailansicht des Hilfsrahmens,
- 3 eine Zusammenbauansicht eines Elastomerverbundlagers nach der Erfindung, welches der Anbindung des Hilfsrahmens am Kraftfahrzeugaufbau dient,
- 4 eine Detailansicht eines Lagerinnenteils,
- 5 eine Detailansicht einer Lippe einer Außenhülse des Lagerinnenteils,
- 6 eine räumliche Ansicht lediglich einer Lagerbuchse des Elastomerverbundlagers,
- 7 eine Schnittansicht der Lagerbuchse aus 6, und in
- 8 ein Prinzipbild zur Veranschaulichung der Nutung des Innenumfangs der Lagerbuchse.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Kraftfahrzeugaufbau 2 und einem an diesem befestigten Hilfsrahmen 3.
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Der Hilfsrahmen 3 ist nochmals näher in 2 dargestellt. Dieser weist vorliegend beispielhaft vier Anbindungsstellen 4 auf, an welchen der Hilfsrahmen 3 an dem Kraftfahrzeugaufbau 2 befestigt ist.
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Die Befestigung des Hilfsrahmens 3 am Kraftfahrzeugaufbau 2 erfolgt an besagten Anbindungsstellen 4 mit Hilfe von Elastomerverbundlagern 10, wovon eines beispielhaft in den 3 bis 8 näher dargestellt ist und nachfolgend erläutert wird.
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Das Elastomerverbundlager 10 umfasst eine Lagerbuchse 11 aus Metall sowie ein Lagerinnenteil 12 mit einer Komponente aus einem Elastomermaterial, das in die Lagerbuchse 11 axial eingeschoben ist und mit dieser zusammen einen Pressverband, insbesondere Längspressverband, bildet.
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Die Lagerbuchse 11 kann dabei fest mit dem Hilfsrahmen 3 verbunden sein, während das Lagerinnenteil 12 an dem Fahrzeugaufbau 2 festgelegt, beispielsweise angeschraubt ist Jedoch ist prinzipiell auch eine umgekehrte Anordnung möglich.
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Die Anordnung der mehreren Elastomerverbundlager 10 kann derart vorgenommen sein, das die Einschubrichtungen A der Lagerinnenteile 12 aller Elastomerverbundlager 10 parallel zueinander sind.
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Nunmehr soll anhand der 3 bis 8 näher auf das Elastomerverbundlager 10 eingegangen werden.
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Dieses umfasst zunächst die die bereits erwähnte Lagerbuchse 11, welche vorzugsweise aus Metall gefertigt ist.
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Diese Lagerbuchse 11 bildet an ihrem Innenumfang 13 mehrere umlaufende Nuten 14 aus, welche in Einschubrichtung A voneinander beabstandet sind.
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Zwischen den umlaufende Nuten 14 befinden sich am Innenumfang 13 kreiszylindrische Abschnitte 15 mit konstantem Durchmesser.
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Vorliegend sind drei Nuten 14 vorgesehen, womit sich zwei kreiszylindrische Abschnitte 15 ergeben. Die Anzahl der Nuten 14 kann jedoch auch kleiner oder größer als dargestellt gewählt werden.
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Benachbarte Nuten 14 können axial jeweils gleich weit voneinander beabstandet sein. In einer Variante kann dieser Abstand in Einschubrichtung A von Nut 14 zu Nut 14 abnehmend sein. In einer anderen Variante kann dieser Abstand in Einschubrichtung A von Nut 14 zu Nut 14 zunehmend sein.
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Der Außenumfang der Lagerbuchse 11 weist über den Bereich der Nuten 14 einen konstanten Durchmesser auf, d.h. die Nuten 14 sind an der Lagerbuchse 11 nicht nach außen durchgeprägt.
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Vorzugsweise ist die Lagerbuchse 11 als Rohrstück ausgeführt.
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Dieses wird aus einem einfachen Blechstreifen 16 gewonnen, der zu einem Ring geschlossen wird.
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Die Verbindung der Enden des Blechstreifens 16 kann beispielsweise durch Clinchen erfolgen, wie dies in den Figuren bei Bezugszeichen 17 für einen Clinchspalt angedeutet ist. Jedoch kann der Ringschluss auch auf andere Art und Weise bewerkstelligt werden.
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Grundsätzlich kann eine innenseitig genutete Lagerbuchse 11 auch anderweitig hergestellt werden, beispielsweise aus einem zunächst gezogenen Rohrstück oder durch ein urformtechnisches Herstellungsverfahren.
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Die Herstellung mit Hilfe eines Blechstreifens 16 ermöglicht, wie in 8 angedeutet, jedoch eine besonders einfache Oberflächenprofilierung, da hier eine große Variabilität hinsichtlich des Nutquerschnitts der umlaufendenden Nuten 14 besteht.
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Die oberflächenprofilierende Bearbeitung erfolgt bevorzugt durch eine rein umformende Bearbeitung, beispielsweise durch Formwalzen, Rollen, Prägen oder dergleichen.
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Sämtliche Nuten 14 können hierbei gleichzeitig mit einem Profilwerkzeug W hergestellt werden. Die Nuten 14 können auch einzeln nacheinander hergestellt werden.
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Alle Nuten 14 können den gleichen Profilquerschnitt aufweisen. Der Profilquerschnitt kann jedoch auch von Nut 14 zu Nut 14 variieren.
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Durch eine umformende Profilierung werden im Bereich der Nuten 14 scharfe Kanten, an welchen eine Spannungskonzentration auftreten könnte, vermieden.
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Der Nutgrund kann beispielsweise wie dargestellt, weich gekrümmt sein. Der größte Krümmungsradius am Nutgrund kann beispielsweise der halben Nutweite entsprechen, wobei Abweichungen von 20% durchaus zugelassen werden können.
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In Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist grundsätzlich auch eine spanende Herstellung der Nuten 14 am noch ebenen Blechstreifen 16, gemeinsam oder nacheinander, möglich.
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Eine auch lediglich lokale Durchtrennung der Lagerbuchse 11 im Bereich der Nuten 14, wird abgesehen von den gefügten Enden des Blechstreifens 16, vermieden.
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Das in die Lagerbuchse 11 eingepresste Lagerinnenteil 12 ist aus mehreren Einzelkomponenten, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, zusammengefügt. Es wird bei der Montage des Hilfsrahmens 3 an dem Kraftfahrzeugaufbau 2 als Einheit mit der Lagerbuchse 11 axial verpresst.
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Das Lagerinnenteil 12 weist einen metallischen Kern 18 auf. Dieser kann beispielsweise als metallisches Rohrstück ausgeführt sein, durch welches ein Befestigungsbolzen oder dergleichen hindurchgeführt werden kann.
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Weiterhin weist das Lagerinnenteil 12 ein den metallischen Kern 18 umgebendes Elastomerelement 19 auf. Dieses ist mit einem Innenabschnitt 19a an den Außenumfang des metallischen Kerns 18 angeschlossen, beispielsweise anvulkanisiert, angeklebt oder aufgepresst.
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Das Elastomerelement 19 wird von einer Außenhülse 20 umgeben, die mit ihren Innenumfang 21 an einen Außenabschnitt 19b des Elastomerelements 19 angeschlossen, beispielsweise anvulkanisiert, angeklebt oder aufgepresst ist.
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Zwischen dem Innenabschnitt 19a und dem Innenabschnitt 19b können gegebenenfalls axial durchgehenden Öffnungen 19c in dem Elastomerelement 19 ausgebildet sein, um eine bestimmte richtungsabhängige Elastizität des Elastomerverbundlagers 10 einzustellen.
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Am Außenumfang 23 der Außenhülse 20 des Lagerinnenteils 12 sind mit den Nuten 14 der Lagerbuchse 11 korrespondierende Lippen 22 angeformt.
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Die Lippen 22 können in Umfangsrichtung durchgehend, d.h. vollumfänglich ausgeführt sein. Jedoch können die Lippen 22 sich auch nur teilweise über den Umfang erstreckend ausgeführt sein.
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Im Zusammenbauzustand von Lagerbuchse 11 und Lagerinnenteil 12 stehen die Lippen 22 mit den Nuten 14 in Eingriff, wie dies in 3 gut zu erkennen ist.
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Auch die Außenhülse 20 des Lagerinnenteils 12 weist an ihrem Außenumfang 21 zwischen den Lippen 22 kreiszylindrische Abschnitte 24 mit konstanten Durchmesser auf.
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Diese kreiszylindrischen Abschnitte 24 der Außenhülse 22 kontaktieren im Zusammenbauzustand die kreiszylindrischen Abschnitte 15 der Lagerbuchse 11. Der Durchmesser des Innenumfangs der kreiszylindrischen Abschnitte 15 der Lagerbuchse 11 ist dabei kleiner als der Durchmesser des Außenumfangs der kreiszylindrischen Abschnitte 24 der Außenhülse 20, wodurch ein Pressverband gebildet wird, der einem Auspressen des Lagerinnenteils 12 aus der Lagerbuchse 11 entgegenwirkt.
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Zur weiteren Erhöhung der Auspresskraft sind die Lippen 22 mit den Nuten 14 in Eingriff, wenn das Lagerinnenteil 12 und die Lagerbuchse 11 in Einschubrichtung A z.B. auf Anschlag zusammengeschoben sind. An der Außenhülse 22 kann hierzu ein entsprechender Lagerbund 25 ausgebildet sein.
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5 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer Lippe 22. Die Lippe 22 weist an ihrer radialen Außenkante in Einschubrichtung A des Lagerinnenteils 12 eine Abschrägung 26 auf, welche das Einschieben des Lagerinnenteils 12 in die Lagerbuchse 11 erleichtert.
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Der Durchmesser d der Lippen 22 an der Außenkante ist größer als der Innendurchmesser der Lagerbuchse 11 im Bereich der kreiszylindrischen Abschnitte 15 derselben.
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Der Durchmesser d der Lippen 22 an der Außenkante kann kleiner als der maximale Innendurchmesser der Nuten 14 Lagerbuchse 11 sein, so dass die betreffenden Lippen 22 in Zusammenbaustellung nicht radial komprimiert werden.
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Der Durchmesser d der Lippen 22 an der Außenkante kann jedoch auch größer als der maximale Innendurchmesser der Nuten 14 Lagerbuchse 11 sein, so dass im Bereich der Nuten 14 ebenfalls ein Pressverband erzeugt wird.
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Die Lippen 22 können jeweils eine Flanke 22a entgegen der Einschubrichtung A aufweisen, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Einschubrichtung A erstreckt.
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Die Lippen 22 können jeweils eine Flanke 22b in Einschubrichtung A aufweisen, welche sich in einer Ebene senkrecht zur Einschubrichtung A erstreckt.
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Beide Flanken 22a und 22b sind vorliegend durch die Abschrägung 26 verbunden. Die Flanke 22b ist dabei radial kürzer als die Flanke 22a.
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Es muss jedoch betont werden, dass das in 5 dargestellte Querschnittsprofil der Lippe 22 wie auch das Querschnittsprofil der Nut 14 in 3 rein beispielhafter Natur sind und hiervon zahlreiche Abwandlung insbesondere der Querschnittskontur möglich sind.
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Die Lippen 22 und Nuten 14 können derart aufeinander abgestimmt sein, das zumindest eine Teilmenge der Lippen 22 mit der jeweils korrespondierenden Nut 14 axial formschlüssig in Eingriff steht. Die Flanken 22a und 22b der Lippen 22 stützen sich hierbei an den Seitenwänden der Nuten 14 ab.
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Dabei kann optional zumindest eine Teilmenge der Lippen 22 in der jeweils korrespondierenden Nut 14 komprimiert sein.
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Wie in 4 angedeutet, kann zur Erleichterung der Montage die in Einschubrichtung A erste Lippe 22 einen kleineren Durchmesser d1 aufweisen als eine in Einschubrichtung A nachfolgende Lippe 22. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die weiteren Lippen 22 zunehmend größere Durchmesser d2 und d3 auf.
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In einer besonderen Variante sind die Durchmesser di der Lippen 22 derart abgestimmt, dass die Außenkanten sämtlicher Lippen 22 auf einem gedachten Kegelstumpf verlaufen, dessen Durchmesser in Einschubrichtung A abnimmt.
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Umgekehrt ergibt sich eine Zunahme des Durchmessers di der Verrastung zum Lagerbund 25 hin. Dies erleichtert zum einen das Ansetzen und Ausrichten des Elastomerverbundlagers 10 zu Beginn des Einpressens. Zum anderen ermöglicht dies einen steilen Anstieg der Einpresskraft bei gleichzeitiger Vermeidung von Stick-Slip-Effekten. Dies ist für eine prozesssicher Montage besonders vorteilhaft. Letztlich resultiert hieraus eine sehr hohe Auspresskraft am Elastomerverbundlager 10.
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Das vorstehend erläuterte Elastomerverbundlager 10 eignet sich besonders für die Anbindung eines Hilfsrahmens 3 an einem Kraftfahrzeugaufbau 2, kann jedoch auch für andere Zwecke, beispielsweise Anbindungen in einem Kraftfahrzeugfahrwerk oder als Aggregatlagerung zum Einsatz kommen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Kraftfahrzeugaufbau
- 3
- Hilfsrahmen
- 4
- Anbindungsstelle
- 10
- Elastomerverbundlager
- 11
- Lagerbuchse
- 12
- Lagerinnenteil
- 13
- Innenumfang
- 14
- Nut
- 15
- kreiszylindrischer Abschnitt
- 16
- Blechstreifen
- 17
- Clinchspalt
- 18
- metallischer Kern
- 19
- Elastomerelement
- 19a
- Innenabschnitt
- 19b
- Außenabschnitt
- 19c
- axiale Durchgangsöffnung
- 20
- Außenhülse
- 21
- Innenumfang
- 22
- Lippen
- 22a
- Flanke entgegen der Einschubrichtung A
- 22b
- Flanke in der Einschubrichtung A
- 23
- Außenumfang
- 24
- kreiszylindrischer Abschnitt
- 25
- Lagerbund
- 26
- Abschrägung
- A
- Einschubrichtung
- di
- Durchmesser der Lippe 22
- W
- Formwerkzeug
