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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Dämpfungselement,
bestehend aus einem Innenrohr und einem Außenrohr, wobei zwischen dem
Innenrohr und dem Außenrohr
mindestens ein gummielastisches Ringteil in koaxialer Bauart angeordnet
ist, wobei das gummielastische Ringteil mit den es umgebenden Rohren
zusammenvulkanisiert ist und daher mit den Rohren eine nicht lösbare Einheit
bildet.
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Dämpfungselemente
der vorgeschlagenen Art werden vornehmlich in Kraftfahrzeugen an
Stellen eingebaut, die Schwingungen von der Karosserie des Kraftfahrzeugs
fern halten sollen. Die Schwingungen treten beim Betrieb von Verbrennungsmotoren
und bei Fahrwerken während
der Fahrt auf, so dass beispielsweise zur Befestigung eines Querlenkers
im Fahrwerk ein Dämpfungselement
verwendet wird, welches ein Innenrohr und ein Außenrohr aufweist, die über ein
gummielastisches Ringteil miteinander zusammenvulkanisiert sind.
Während
das Innenrohr mit der Karosserie verschraubt ist und zur ruhenden
Masse gehört,
ist der Außenring
mit dem Querlenker über
einen Presssitz verbunden und dadurch den Schwingungen des Fahrwerks
ausgesetzt. Das gummielastische Ringteil zwischen dem Innenrohr
und dem Außenrohr übernimmt
die Schwingungsdämpfung.
Die Nachteile der vorbeschriebenen Bauart von Dämpfungselementen liegen darin, dass
die Dauerstandfestigkeit insbesondere bei Überlastung dadurch leidet,
dass die Verbindung zwischen dem gummielastischen Ringteil und dem
Innenrohr durch die Vulkanisation sich langsam löst und ein Spalt entstehen
lässt,
der sich bei weiterer Schwingungsbeaufschlagung schnell vergrößert und das
Dämpfungselement
zerstört
bzw. unwirksam macht.
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Es ist ferner das Ziel von Weiterentwicklungen,
Dämpfungselemente
zu schaffen, die in einer Ebene senkrecht zu einer Mittelachse des
Dämpfungselementes
eine hohe Federsteifigkeit aufweisen, Biegungen und Scherungen in
den gummielastischen Ringteilen des Dämpfungselementes jedoch weniger
Widerstand entgegensetzen. Dämpfungselemente,
die eine derart hohe radiale Steifigkeit aufweisen, tragen somit
bei den immer größer werdenden
Ansprüchen
an die Präzision
der zueinander schwingenden Fahrzeugelemente dazu bei, für höhere Sicherheit
und Geräuschisolierung
im Kraftfahrzeug zu sorgen.
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Zur Erreichung der vorgenannten Ziele
wird vorgeschlagen, das gummielastische Ringteil zwischen dem Außenrohr
und dem Innenrohr in der Mitte des Dämpfungselementes zu verdichten
und dort den Abstand zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zu
verringern, wobei vorher angebrachte ringförmige Vertiefungen im gummielastischen
Ringteil sich durch Verdrängung
von Gummimaterial verkleinern und je nach Kompression des gummielastischen
Ringteiles ganz oder teilweise verschwinden.
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Der Kern der Erfindung liegt darin,
dass das Außenrohr
eine Wölbung
aufweist , die durch Kalibrieren in einem Werkzeug in eine zylindrische
Form umgewandelt wird, wobei sich der maximale Außendurchmesser
der Wölbung
in einen später
für den Einbau
erforderlichen Außendurchmesser
mit gerade verlaufenden Mantellinien verändert, also dann eine zylindrische
Oberfläche
mit dem erforderlichen kleineren Durchmesser aufweist. Wird das
Innenrohr zusätz lich
noch mit einer Wölbung
versehen, so nähern sich
die innere Oberfläche
des Außenrohrs
und die höchste
Erhebung der Wölbung
am Innenrohr so stark an, dass an einem Bezugspunkt an einem gedachten
Ring in der Mitte des Dämpfungselementes die
höchsten
Druckspannungen auftreten. Hierbei wird deutlich, dass das gummielastische
Material von innen nach axial außen gewandert ist und dadurch ein
Element mit hoher Radialsteifigkeit entstanden ist.
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Die Erfindung bezieht sich in erster
Linie auf die Möglichkeit,
die Verdichtung des Materials des gummielastischen Ringteils durch
die Verformung des Außenrohres
herbeizuführen.
Ein Außenrohr
mit einer Wölbung
lässt sich
zwar nicht ganz so kostengünstig
herstellen wie ein zylindrisches Rohr, es finden sich aber doch
Fertigungsmöglichkeiten,
die noch immer eine günstige
Kostenrelation zu dem erzielten Funktionsergebnis darstellen. Das
Außenrohr kann
auch zweiteilig hergestellt sein und auch aus den unterschiedlichsten
Materialien bestehen. So kommt neben einer Vielzahl von Metallen
auch Kunststoff für
den Außenring
in Frage, der sich bei Maschinenelementen mit geringeren Anforderungen an
die Festigkeit hervorragend einsetzen lässt.
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Zur Reduzierung der Kosten ist es
auch möglich;
ein Dämpfungselement
direkt in ein Fahrzeugelement einzupressen, wodurch sich die Wölbung an
den Durchmesser der Einbaubohrung und der Bildung einer zylindrischen
Oberfläche
anpasst.
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Die Wölbung des Außenrohres
des Dämpfungselementes
wird so gewählt,
so dass sie an den beiden Stirnflächen jeweils einen kleinsten
und in der Mitte einen größten Durchmesser
aufweist. Es hat sich gezeigt, dass der Durchmesser des Kalibrierwerkzeuges
so gewählt
werden kann, dass dieser zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser
des Außenringes
angesiedelt ist. Dies bedeutet, dass beim Kalibrieren der größte Durchmesser
sich auf den später erzielten
Außendurchmesser
einengt und dass beim Kunststoffaußenrohr die an den Stirnflächen gebildeten
kleinsten Durchmesser sich auf den später erreichten Außendurchmesser
erweitern. Auf diese Weise wird am Außenrand des Dämpfungselementes
Raum geschaffen für
gummielastisches Material, welches vom Inneren in der Mitte des Dämpfungselementes
befindlichen Raum nach axial außen
fließt.
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Das Ergebnis eines derart veränderten
gummielastischen Ringteils ist eine hohe Federrate in radialer Richtung
mit gleichbleibend niedrigen Federraten für Torsinn und Kippen des Innenrohres
relativ zum Außenrohr.
In der Praxis jedenfalls lassen sich mit vielen konstruktiven Parametern
die einzelnen Werte der Federraten zueinander verändern, beispielsweise
durch die Länge
des Dämpfungselementes
und des Außenrohres
sowie durch die Relation der Durchmesser des Außenrohres zum Innenrohr sowie
durch konstruktive Anordnung von Wölbungen am Innenrohr oder aber
auch am Außenrohr,
wobei dort die Wölbung
selbstverständlich
nach radial innen weist.
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Eine nach radial innen weisende Wölbung kann
sowohl am gewölbten
Rohr nach innen weisend angeordnet sein, die Wölbung kann aber auch beim Kalibrieren
des Außenrohres
eingeprägt
werden oder durch einen zusätzlichen
Arbeitsgang durch Anprägen
von außen
erzeugt werden.
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Dämpfungselemente
mit besonders hohen Anforderungen an die Radialsteifigkeit können auch aus
einem Innenrohr, einem Außenrohr
und einem Zwischenrohr bestehen, wobei zwischen dem Innenrohr und
dem Zwischenrohr ein erstes und zwischen dem Zwischenrohr und dem
Außenrohr
ein zweites gummielastisches Ringteil angeordnet ist. Ein Dämpfungselement
mit einem solchen Aufbau zielt auf Anwendungsfälle mit extrem hohen Radialsteifigkeiten in
Verbindung mit normalen bis niedrigen Federraten in den anderen
Freiheitsgraden ab, die mit den vorgenannten Konstruktionen, bestehend
aus einem Innenrohr und einem Außenrohr, nicht mehr abzudecken
sind.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
das Zwischenrohr durch die Einengung des gewölbten Außenrohres mit zu verändern, wodurch
es erforderlich wird, dass ein wenigstens teilweise angebrachter nach
innen weisender Wulst am Außenrohr
am Außendurchmesser
des mit einer Wölbung
versehenen Zwischenrohres anliegt. Beim anschließenden Einengen wird der gesamte
Weg vom Außenrohr
durch den Wulst an das ebenfalls gewölbte Zwischenrohr weitergegeben,
wodurch dieses einen in etwa zylindrischen Durchmesser erhält, das
zwischen dem Zwischenrohr und dem Innenrohr liegende gummielastische
Ringteil extrem hoch vorspannt und die Radialsteifigkeit in ihrer
extremen Höhe
sicherstellt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass bei bestimmten
Anwendungsfällen
eine hohe Präzision
der gegenseitig zu federnden Fahrzeugelemente erreicht wird.
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Als besonders vorteilhaft haben sich
Durchbrüche
oder Aussparungen im Zwischenrohr erwiesen, durch welche das erste
gummielastische Ringteil mit dem zweiten gummielastischen Ringteil
einteilig in Wirkverbindung steht. Beim Spritzen und Vulkanisieren
der gummielastischen Ringteile entsteht so ein vereinigtes Ringteil
mit weiter veränderbaren Dämpfungseigenschaften,
die zudem durch die Form und Lage der Aussparungen variierbar sind.
Am wirksamsten haben sich Aussparungen vorzugsweise an beiden Stirnseiten
des Zwischenringes erwiesen, wo die beiden gummielastischen Ringteile
zu dem vereinigten Ringteil verschmolzen sind. So sind Aussparungen
am Zwischenrohr im Bereich seiner Stirnflächen mit parallel zueinander
verlaufenden Flanken angeordnet, innerhalb derer das erste gummielastische
Ringteil mit dem zweiten gummielastischen Ringteil in Wirkverbindung
steht. Es können
aber auch Aussparun gen mit konisch zueinander verlaufenden Flanken
sein, mit denen die Charaktristik der Dämpfung beeinflusst werden kann.
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Schließlich kann durch die Wahl der
Position der Aussparungen erreicht werden, dass die Dämpfungswirkung
in einer ersten Ebene unterschiedlich groß ist zu der Dämpfungswirkung
in einer zweiten Ebene, die vorzugsweise senkrecht zu der ersten Ebene
steht, nämlich
dadurch, dass an den Stirnseiten des Zwischenrohrs nur jeweils zwei
einander gegenüber
liegende Aussparungen angebracht sind. Eine solche Konstruktion
erfordert einen gerichteten Einbau sowie eine Kennzeichnung zur
Montage in ihre Position im Einbauzustand.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es
also, Dämpfungselemente
mit hohen Radialsteifigkeiten zu erzielen, wobei die Bauelemente
nach einer Art Baukastensystem mit nur geringfügig modifizierten Teilen zusammenstellbar
sind und so eine Vielzahl von Kennungspaarungen ergeben, ohne die
Grundausführung
mit den Außenabmessungen
zu verlassen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die
Kennzeichen der Ansprüche
1, 8 und 13, wobei die Ausgestaltungen den Unteransprüchen zu
entnehmen sind. Anhand mehrerer Zeichnungen werden Dämpfungselemente
mit erhöhter
radialer Steifigkeit ihrer gummielastischen Ringteile erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Dämpfungselement
mit einem Innenrohr, einem Außenrohr
und einem gummielastischen Ringteil zwischen beiden, wobei das Außenrohr
eine Wölbung
aufweist;
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2 das
Dämpfungselement
gemäß 1 mit dem zu einer zylindrischen
Oberfläche
plastisch verformten Außenrohr;
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3 ein
Dämpfungselement
mit einem Außenrohr,
einem Innenrohr und einem zwischen diesen angeordneten Zwischenrohr,
wobei das Außenrohr
einen nach innen weisenden Wulst aufweist;
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4 das
Dämpfungselement
gemäß 3 nach einer Kalibrierung
in einem Werkzeug und daher mit zylindrischer Oberfläche des
Außenrohres;
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5 ein
Zwischenrohr mit Aussparungen an beiden Stirnflächen, die parallel zueinander
verlaufende Flanken bilden;
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6 ein
Zwischenrohr mit Aussparungen, deren Flanken konisch zueinander
verlaufen;
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7 ein
Zwischenrohr mit jeweils nur zwei Aussparungen an den beiden Stirnflächen;
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8 ein
Zwischenrohr ohne Aussparungen;
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9 ein
Außenrohr
mit einem nach radial innen weisenden Wulst;
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10 das
Außenrohr
gemäß 9 in Längsschnittdarstellung;
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11 ein
Dämpfungselement
zum Direkteinbau in ein Fahrzeugelement;
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12 eine
Systemzeichnung der Wölbung des
Außenrohres
mit seiner Form vor und nach der Kalibrierung;
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13 ein
Dämpfungselement
mit Innenrohr und Außenrohr,
welches bei der Kalibrierung oder durch einen weiteren Arbeitsgang
mit einem inneren Ringwulst ausgestattet wird.
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In 1 wird
ein Dämpfungselement 1 dargestellt,
welches ein Innenrohr 2a, ein gummielastisches Ringteil 5 und
ein Außenrohr 3a aufweist.
Das Außenrohr 3a,
welches einteilig oder zweiteilig ausgeführt sein kann, weist eine Wölbung 10 auf,
wobei in der Mitte des Dämpfungselementes 1 die
Wölbung 10 am
größten ist
und einen maximalen Außendurchmesser 20 aufweist.
Dieser Außendurchmesser 10 verringert
sich zu den Stirnflächen 21 hin
und ist dort am kleinsten. Das Innenrohr 2a weist einen äußeren Ringwulst 22 auf,
der ebenfalls mittig angeordnet ist und von seiner höchsten Erhebung
zum Außenrohr 3a einen
geringen Abstand aufweist. Das gummielastische Ringteil 5 weist
ringförmige
Vertiefungen an den Stirnflächen 9 auf.
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In 2 ist
erkennbar, dass das Außenrohr 3a durch
einen Kalibriervorgang seine Wölbung 10 verloren
und an deren Stelle eine zylindrische Außenform mit einem Außendurchmesser 17 angenommen
hat. Hierbei hat sich, betrachtet von einem gedachten Bezugspunkt 8,
in der Mitte des gummielastischen Ringteils 5 der Innendurchmesser
des Außenrohres 3a an
die höchste
Erhebung des Ringwulstes 22 des Innenrohres 2a stark
angenähert,
wobei das gummielastische Material des gummielastischen Ringteils 5 in
axialer Richtung verdrängt
wurde und die ringförmigen
Vertiefungen 9 zum Teil ausgefüllt hat.
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Gemäß 3 ist ein Dämpfungselement 1b dargestellt,
welches ein Innenrohr 2b, ein erstes gummielastisches Ringteil 6,
ein Zwischenrohr 4d, ein zweites gummielastisches Ringteil 7 und
ein Außenrohr 3b aufweist.
Das Außenrohr 3b ist
mit einer Wölbung 10 und
einem nach radial innen weisenden Wulst 11 ausgestattet,
wobei der Wulst 11 wenigstens teilweise an dem Außendurchmesser des
Zwischenrohres 4 anliegen kann, welches ebenfalls eine Wölbung aufweist,
die zur Wölbung 10 des
Außenrohres 3b in
etwa parallel verläuft.
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Aus 4 geht
hervor, dass das Dämpfungselement 1b gemäß 3 eine Kalibrierung erfahren
hat, welches zu einem zylindrischen Außendurchmesser 17 des
Außenrohres 3b geführt hat.
Die Kräfte
beim Einengen des Außenrohres 3b haben sich über den
Wulst 11 auf das Innenrohr 4a fortgesetzt, welches
durch den Kalibrierungsvorgang und die von innen wirkenden Reaktionskräfte des
ersten gummielastischen Ringteils 6 ebenfalls eine zylindrische
Form angenommen hat. Des besseren Verständnisses wegen wurde das Zwischenrohr 4a gewählt (Darstellung
linke Seite), um in der 4 eine Ausspanung 12a dar
zu stellen, in der das erste gummielastische Ringteil 6 mit
dem zweiten gummielastischen Ringteil 7 verschmolzen ist.
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Gemäß 5 wird ein Zwischenrohr 4a dargestellt,
welches an den beiden Stirnflächen 21 die vorgenannten
Aussparungen 12a zeigt, die parallel zueinander verlaufende
Flanken 13a aufweisen, wodurch bewirkt wird, dass das erste
gummielastische Ringteil 6 mit dem zweiten gummielastischen
Ringteil 7 auf einer genau definierten Fläche zusammen
vulkanisiert ist und ein vereinigtes Ringteil 14 bildet.
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Gemäß 6 wird ein Zwischenrohr 4b gezeigt,
welches ebenfalls Aussparungen 12b mit konisch zueinander
verlaufenden Flanken 13b aufweist, wodurch bewirkt wird,
dass das erste gummielastische Ringteil 6 mit dem zweiten
gummielastischen Ringteil 7 auf einer genau definierten
Fläche zusammen
vulkanisiert ist und ein vereinigtes Ringteil 14 bildet.
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Gemäß 7 weist ein Zwischenrohr 3c an seinen
Stirnflächen 21 lediglich
je zwei Aussparungen 12c auf, wodurch sich Dämpfungselemente 1b herstellen lassen,
die bestimmten Anforderungen insofern genügen, als durch die Wahl der
Position der Aussparungen 12c erreicht werden kann, dass
die Dämpfungswirkung
in einer ersten Ebene unterschiedlich groß ist zu der Dämpfungswirkung
in einer zweiten Ebene, die vorzugsweise senkrecht zu der ersten
Ebene steht, nämlich
dadurch, dass die Aussparungen 12c an den beiden Stirnseiten 21 des
Zwischenrohrs 4c zueinander gegenüberliegend angebracht sind.
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Die 8 zeigt
ein Zwischenrohr 4d ohne jede Aussparung, das als Maschinenelement
für hohe
Federsteifigkeiten in radialer Richtung in Frage kommt.
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9 zeigt
das Außenrohr 3b mit
dem nach innen weisenden Wulst 11, der ringförmig durchgehend
oder unterbrochen im Innern des Außenrohres 3b angeordnet
ist und bei dessen Kalibrierung für die Verformung des Zwischenrohres 4a,4b,4c,4d sorgt. Der
Wulst 11 ist in 10 im
Schnitt dargestellt.
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In 11 ist
ein Fahrzeugelement 15 dargestellt, welches eine Einbaubohrung 16b aufweist,
in die das Dämpfungselement 1a oder 1b in
ein Einpressrichtung 23 eingepresst wird, wodurch sich
die Wölbung 10 des
Außenrohres 3a an
die Einbaubohrung 16b anpasst und einen festen Presssitz
des Dämpfungselementes 1a, 1b im
Fahrzeugelement 15 sicherstellt.
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Aus 12 geht
hervor, wie sich die Wölbung 10 des
Außenrohres 3a,3b durch
die Kalibrierung verändern
kann. Der maximale Außendurchmesser
der Wölbung 10 wird
nämlich
auf den Außendurchmesser 17 eingeengt,
wobei sich ein neutraler Bereich 18 ausbildet, der sich
in radialer Richtung nicht verformt, sondern im Durchmesser bestehen bleibt,
während
die Bereiche an den Stirnflächen 21 der
Einengung entgegenlaufen und ebenfalls zu dem Außendurchmesser 17,
der auf der Höhe
des neutralen Bereiches 18 liegt, aufgeweitet wer den. Die selbsttätige Aufweitung
im Bereich 18–21 ist
nur bei Kunststoff-Außenrohren
festzustellen.
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Aus 13 schließlich geht
hervor, dass ein Außenrohr 3a über das
gummielastische Ringteil 5 mit dem Innenrohr 2b in
einem Dämpfungselement 1c verbunden
ist, wobei in dieses Außenrohr 3a beim Kalibrieren
oder durch einen weiteren Arbeitsgang ein innerer Ringwulst 19 eingeprägt wird,
die ebenfalls der Erhöhung
der Radialsteifigkeit dient. Eine solche Einprägung hat keinen Einfluss auf
die Funktion und den Sitz des Dämpfungselementes 1c im Fahrzeugelement 15 und
ist in bestimmten Fällen einfacher
herstellbar.
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- 1.
- Dämpfungselement
- 1b.
- Dämpfungselement
- 1c.
- Dämpfungselement
- 2a.
- Innenrohr
- 2b.
- Innenrohr
- 3a.
- Außenrohr
- 3b.
- Außenrohr
- 4a.
- Zwischenrohr
- 4b.
- Zwischenrohr
- 4c.
- Zwischenrohr
- 4d.
- Zwischenrohr
- 5.
- Gummielastisches
Ringteil
- 6.
- Erstes
gummielastisches Ringteil
- 7.
- Zweites
gummielastisches Ringteil
- 8.
- Bezugspunkt
- 9.
- Ringförmige Vertiefung
- 10.
- Wölbung
- 11.
- Wulst
- 12a.
- Aussparung
- 12b.
- Aussparung
- 12c.
- Aussparung
- 13a.
- Flanke
- 13b.
- Flanke
- 14.
- Vereinigtes
Ringteil
- 15.
- Fahrzeugelement
- 16a.
- Kalibrierbohrung
- 16b.
- Einbaubohrung
- 17.
- Außendurchmesser
- 18.
- Neutraler
Bereich
- 19.
- Innerer
Ringwulst
- 20.
- Innerer
Ringwulst
-
- messer
der Wölbung
- 21.
- Stirnfläche
- 22.
- Äußerer Ringwulst
- 23.
- Einpressrichtung