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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft Federsysteme und insbesondere Ringfedersysteme.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Es sind modulare Federsysteme bekannt, die mehrere Federbaugruppen in einer Serie kombinieren. Die Serie kann Federbaugruppen mit verschiedenen Eigenschaften nutzen, um das allgemeine Federungsverhalten des Federsystems präzise zu steuern. Ein bekanntes modulares Federsystem umfasst mehrere Federbaugruppen, die eine zwischen einer oberen Platte und einer unteren Platte eingelegte Feder umfassen. Diese Federbaugruppen werden dann gestapelt, wobei obere Platten im Kontakt mit unteren Platten stehen, um ein Federsystem herzustellen.
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In der Technik wird eine Federbaugruppe benötigt, die zur Herstellung eines modularen Federsystems eingesetzt werden kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung stellt eine ringförmige Federbaugruppe bereit, die eine Ringfeder umfasst, die zwischen zwei Behältern eingelegt ist, die miteinander teleskopisch interagieren können.
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Die Erfindung in einer Form betrifft eine ringförmige Federbaugruppe, die eine Ringfeder; einen ringförmigen ersten Behälter einschließlich einer ersten Vertiefung; und einen ringförmigen zweiten Behälter einschließlich einer zweiten Vertiefung umfasst. Die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung öffnen sich zueinander und halten die Ringfeder zwischen sich fest. Die zweite Vertiefung ist so gestaltet, dass sie die erste Vertiefung teleskopisch aufnimmt, wenn die Ringfeder komprimiert wird.
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Die Erfindung in einer weiteren Form betrifft ein Federsystem, das eine erste Federbaugruppe und eine zweite Federbaugruppe umfasst. Die erste Federbaugruppe und die zweite Federbaugruppe umfassen jeweils eine Ringfeder; einen ringförmigen ersten Behälter einschließlich einer ersten Vertiefung und einer ersten Seite gegenüber der ersten Vertiefung; und einen ringförmigen zweiten Behälter einschließlich einer zweiten Vertiefung und einer zweiten Seite gegenüber der zweiten Vertiefung. Die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung öffnen sich zueinander und halten die Ringfeder zwischen sich fest. Die zweite Vertiefung ist so gestaltet, dass sie die erste Vertiefung teleskopisch aufnimmt, wenn die Ringfeder komprimiert wird und die zweite Seite des zweiten Behälters der zweiten Federbaugruppe der ersten Seite des ersten Behälters der ersten Federbaugruppe benachbart ist.
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Die Erfindung in noch einer weiteren Form betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Federsystems, das ein Bereitstellen einer ersten Federbaugruppe und einer zweiten Federbaugruppe aufweist. Die erste Federbaugruppe und die zweite Federbaugruppe umfassen jeweils eine Ringfeder; einen ringförmigen ersten Behälter einschließlich einer ersten Vertiefung und einer ersten Seite gegenüber der ersten Vertiefung; und einen ringförmigen zweiten Behälter einschließlich einer zweiten Vertiefung und einer zweiten Seite gegenüber der zweiten Vertiefung. Die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung öffnen sich zueinander und halten die Ringfeder zwischen sich fest. Die zweite Vertiefung ist so gestaltet, dass sie die erste Vertiefung teleskopisch aufnimmt, wenn die Ringfeder komprimiert wird. Die zweite Seite des zweiten Behälters der zweiten Federbaugruppe ist der ersten Seite des ersten Behälters der ersten Federbaugruppe benachbart.
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Ein Vorteil dieser Erfindung ist der einfache Aufbau der modularen ringförmigen Federbaugruppe.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass die ringförmige Federbaugruppe gegenüberliegende Behälter umfassen kann, die teleskopisch miteinander interagieren, um das Ringfedermaterial aufzunehmen und eine stabile Struktur während der Kompression der Ringfeder aufrechtzuerhalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art ihrer Realisierung werden offensichtlicher und die Erfindung wird verständlicher durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
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1 eine Seitenansicht der Federbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Ansicht der Federbaugruppe der 1 von unten ist;
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3 eine Draufsicht der Federbaugruppe der 1 ist;
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4 eine Querschnittansicht der Federbaugruppe der 1 ist, wobei der Querschnitt entlang der Linie 4-4 der 1 aufgenommen wurde;
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5 eine perspektivische Ansicht einer Ringfeder der Federbaugruppe der 1 ist;
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6 eine perspektivische Ansicht des unteren Behälters der Federbaugruppe der 1 ist;
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7 eine perspektivische Ansicht des oberen Behälters der Federbaugruppe der 1 ist;
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8 eine Seitenansicht eines Federsystems ist, das zusammen mit einem Dämpfer verwendet wird, wobei das Federsystem eine Vielzahl der Federbaugruppen der 1 umfasst; und
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9 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Bilden eines Federsystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten. Die hierin dargestellten Beispiele veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung, und diese Beispiele sind nicht als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend auszulegen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 bis 4 ist eine ringförmige Federbaugruppe 10 gezeigt, die auch als zusammengesetzte ringförmige Federbaugruppe bezeichnet werden kann. Die Federbaugruppe 10 umfasst eine Ringfeder 12, einen ringförmigen ersten Behälter 14 und einen ringförmigen zweiten Behälter 16. Die Federbaugruppe 10 weist allgemein eine Ringkernform (Doughnut-Form) auf und definiert damit eine Durchführung 18 durch die Federbaugruppe 10. Die 1 bis 4 zeigen, dass sich die Ringfeder 12 zwischen dem ersten Behälter 14 (der auch als unterer Behälter 14 bezeichnet werden kann) und dem zweiten Behälter 16 (der auch als oberer Behälter 16 bezeichnet werden kann) befindet. Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich kann die Federbaugruppe 10 eine geometrische Mitte C1 aufweisen, die der Mittelpunkt der Durchführung 18 ist. Die Ringfeder 12, der ringförmige erste Behälter 14 und der ringförmige zweite Behälter 16 können jeweils die geometrischen Mitten C2, C3 und C4 aufweisen (in den 5 bis 7 gezeigt), die auf eine gemeinsame Achse ausgerichtet sind, die als Linie 4-4 in 1 dargestellt ist, auf der die geometrische Mitte C1 liegt. Eine solche Anordnung ermöglicht die einfache Ausrichtung des modularen Federsystems 10 in einer Serie, was nachstehend offenbart ist.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ringfeder 12, und 4 zeigt einen Querschnitt der Ringfeder 12. Die Ringfeder 12 kann aus Urethan, mikrozelligem Urethan oder aus Kautschuk in verschiedenen Dichten und verschiedenen Formen hergestellt sein, um die gewünschte Federhärte zu erhalten. Diese Materialien sind nur als Beispiel aufgeführt und nicht als einschränkend zu verstehen; demzufolge kann die Ringfeder 12 aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt sein. Außerdem könnte die Ringfeder 12 als Luftfeder oder als beliebiger anderer Federtyp gestaltet sein. Wie in den 1 und 4 gezeigt, ist die Ringfeder 12 zwischen dem ersten Behälter 14 und dem zweiten Behälter 16 angeordnet. Anders gesagt ist das Ringfedermaterial 12 in der Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Behälter 14, 16 montiert. 5 zeigt, dass die Ringfeder 12 allgemein eine Ringkernform aufweist. Außerdem zeigt 4, dass die Ringfeder 12 eine Querschnittsform aufweisen kann, die beispielsweise drei Ecken mit einem jeweils relativ kleinen Radius und eine weitere Ecke mit einem relativ großen Radius aufweisen kann. Diese Form ist nur als Beispiel bereitgestellt und nicht einschränkend zu verstehen. Die Form der Ringfeder 12 ist auf Zusammenwirkung mit der Form der Vertiefungen 20, 28 des unteren und des oberen Behälters 14, 16 ausgelegt, um die gewünschte Federhärte und den gewünschten Federweg zu erreichen.
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Der untere Behälter 14 umfasst eine erste Vertiefung 20 (die auch als untere Vertiefung 20 bezeichnet werden kann). Der untere Behälter 14 kann aus einem stabilen Material bestehen, das in der Lage ist, die Ringfeder 12 (die auch als Feder 12 oder inneres Material 12 bezeichnet werden kann) ohne Beschädigung oder anderweitige Durchbiegung oder Verformung aufzunehmen. Derartige geeignete Materialien für den unteren Behälter 14 umfassen Stahl, Aluminium oder Kohlenstofffaser; diese Materialien sind nur als Beispiel aufgeführt und nicht als einschränkend zu verstehen. Der untere Behälter 14 kann durch Zerspanung, Spritzgießen, Gießen, Stanzen, Falten und/oder einen beliebigen anderen Herstellungsprozess hergestellt sein. Die 4 und 6 zeigen, dass die untere Vertiefung 20 eine Kontur aufweisen kann, die mit dem Aufbau der Feder 12 zusammenwirkt. Die in den Zeichnungen gezeigte Kontur der unteren Vertiefung 20 ist nur als Beispiel angegeben und nicht beschränkend zu verstehen. Demzufolge kann der untere Behälter 14 verschiedene Profile aufweisen (vergleichbar beispielsweise mit den Kolben auf einer Rollbalg-Luftfeder). Der untere Behälter 14 weist einen Innendurchmesser 22 auf. Ferner weist die untere Vertiefung 20 einen Innendurchmesser 24 und einen Außendurchmesser 26 auf (wobei der Außendurchmesser 26 der unteren Vertiefung 20 dem Außendurchmesser des unteren Behälters 14 entspricht). Der radiale Abstand zwischen dem Innendurchmesser 24 der unteren Vertiefung 20 zum Außendurchmesser 26 der unteren Vertiefung 20 wird als äußerer radialer Abstand D1 der unteren Vertiefung bezeichnet.
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Der obere Behälter 16 umfasst eine zweite Vertiefung 28 (die auch als obere Vertiefung 28 bezeichnet werden kann). Der obere Behälter 16 kann aus einem stabilen Material bestehen, das in der Lage ist, die Ringfeder 12 ohne Beschädigung oder anderweitige Durchbiegung oder Verformung aufzunehmen. Derartige geeignete Materialien für den oberen Behälter umfassen Stahl, Aluminium oder Kohlenstofffaser; diese Materialien sind nur als Beispiel aufgeführt und nicht als einschränkend zu verstehen. Der obere Behälter 16 kann durch Zerspanung, Spritzgießen, Gießen, Stanzen, Falten und/oder einen beliebigen anderen Herstellungsprozess hergestellt sein. 7 zeigt, dass die obere Vertiefung 28 als becherförmiges Profil geformt sein und daher einen allgemein U-förmigen Querschnitt aufweisen kann. Anders gesagt kann die obere Vertiefung 28 eine im Wesentlichen becherförmige Vertiefung 28 sein. Diese Form ist nur als Beispiel angegeben und nicht als einschränkend zu verstehen. Die obere Vertiefung 28 und die untere Vertiefung 20 öffnen sich zueinander und halten dadurch die Feder 12 zwischen sich fest.
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Der obere Behälter 16 weist einen Innendurchmesser 30 auf. Der Innendurchmesser 30 des oberen Behälters 16 ist auf den Innendurchmesser 22 des unteren Behälters 14 ausgerichtet; anders gesagt kann das Maß des Innendurchmessers 30 des oberen Behälters 16 dasselbe wie das des Innendurchmessers 22 des unteren Behälters 14 sein, wie in den Zeichnungen dargestellt. Die obere Vertiefung 28 weist eine Innenoberfläche 32 auf, deren Radialabstand von einem Ende der oberen Vertiefung zum anderen Ende der oberen Vertiefung reicht; wobei dieser Radialabstand der oberen Vertiefung 28 als innerer Radialabstand D2 der oberen Vertiefung 28 bezeichnet wird. Der innere Radialabstand D2 der oberen Vertiefung 28 ist größer als der äußere Radialabstand D1 der unteren Vertiefung 20. Ferner sind die obere Vertiefung 28 und die untere Vertiefung 20 so ausgerichtet, dass die obere Vertiefung 28 so gestaltet ist, dass sie die untere Vertiefung 20 teleskopisch aufnimmt, wenn die Feder 12 in einem vorgegebenen Ausmaß komprimiert wird. Wenn sich die Feder 12 in einem nicht komprimierten Zustand befindet, nimmt die obere Vertiefung 28 nicht notwendigerweise teleskopisch die untere Vertiefung 20 auf, wie in den 1 und 4 abgebildet. Wenn sich die Feder 12 in einem vollständig komprimierten Zustand befindet (beispielsweise in der Richtung 34, wie in 1 abgebildet), kann die obere Vertiefung 28 die untere Vertiefung 20 mindestens teilweise aufnehmen.
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Die ringförmige Federbaugruppe 10 kann eine modulare Federbaugruppe sein. Das heißt, die ringförmige Federbaugruppe 10 kann eine in sich geschlossene Vorrichtung in einer vorgegebenen Anwendung sein. Diese modulare Federbaugruppe 10 kann für sich allein oder mit anderen derartigen modularen Federbaugruppen 10 funktionieren, wie nachstehend offenbart.
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8 zeigt ein Federsystem 36 gemäß der vorliegenden Erfindung. Um das Federsystem 36 zu bilden, werden die ringförmigen Federbaugruppen 10 übereinander gestapelt, um die benötigte Federlänge und den benötigten Federweg zu erreichen. Wie vorstehend beschrieben, kann jede Federbaugruppe 10 eine geometrische Mitte C1 aufweisen. Jede Federbaugruppe 10 kann auf eine andere gestapelt werden, so dass ihre jeweiligen geometrischen Mitten C1 auf eine gemeinsame Achse A ausgerichtet sind, um eine gleichmäßigere Kräfteverteilung über das ganze Federsystem 36 zu fördern. Die Federbaugruppen 10 können auf oder über einen Dämpfer 38 gestapelt sein (wie in 8 dargestellt), der entlang der gemeinsame Achse A verläuft, und bei einer Aufhängung in der Automobiltechnik eingesetzt sein, aber die Federbaugruppe 10 (oder das Federsystem 36) kann auch eigenständig in der Industrie eingesetzt werden.
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Somit umfasst das Federsystem 36 der vorliegenden Erfindung zwei Federbaugruppen 10, wie vorstehend beschrieben. Die beiden Federbaugruppen 10 können als erste Federbaugruppe 10A (die auch als obere Federbaugruppe 10A bezeichnet werden kann) und als zweite Federbaugruppe 10B (die auch als untere Federbaugruppe B bezeichnet werden kann) bezeichnet werden. Jede der oberen Federbaugruppe 10A und der unteren Federbaugruppe 10B ist im Wesentlichen gleich und entspricht der vorstehend beschriebenen Federbaugruppe 10. Wie vorstehend beschrieben, umfassen die obere Federbaugruppe 10A und die untere Federbaugruppe 10B jeweils eine Ringfeder 12; einen ringförmigen ersten Behälter 14 (den unteren Behälter 14) einschließlich einer ersten Vertiefung 20 (der unteren Vertiefung 20) und einer ersten Seite 40 (der unteren Seite 40) gegenüber der unteren Vertiefung 20; und einen ringförmigen zweiten Behälter 16 (den oberen Behälter 16) einschließlich einer zweiten Vertiefung 28 (der oberen Vertiefung 28), die im Wesentlichen becherförmig sein kann, und einer zweiter Seite 42 (der oberen Seite 42) gegenüber der oberen Vertiefung 28, wobei sich die untere Vertiefung 20 und die obere Vertiefung 28 zueinander öffnen und dadurch die Ringfeder 12 zwischen sich festhalten, wobei die obere Vertiefung 28 gestaltet ist, um die untere Vertiefung 20 aufzunehmen, wenn die Ringfeder 12 komprimiert wird. Die obere Seite 42 des oberen Behälters 16 der unteren Federbaugruppe 10B ist der unteren Seite 40 des unteren Behälters 14 der oberen Federbaugruppe 10A benachbart.
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8 zeigt, dass das Federsystem 36 fünf Federbaugruppen 10 umfassen kann. Es können je nach dem gewünschten Verhalten des gesamten Federsystems mehr oder weniger derartiger Federbaugruppen 10 im Federsystem 36 der vorliegenden Erfindung verwendet werden. 8 zeigt, dass das Federsystem 36 über dem Dämpfer 38 positioniert ist, wobei der Dämpfer 38 durch die Durchführung 18 jeder der Federbaugruppen 10 entlang der gemeinsamen Achse A verläuft. Der Dämpfer 38 kann so gestaltet sein, dass er im Wesentlichen die Gesamtheit der Durchführung 18 jeder Federbaugruppe 10 ausfüllt und so die Bewegung jeder der Federbaugruppen 10 quer zur gemeinsamen Achse A reduziert. Der Dämpfer 38 kann einen Zylinder 44 aufweisen (auf der rechten Seite der 8) und eine Stange 46 (auf der linken Seite der 8), wobei der Zylinder 44 von rechts bis etwa zum oberen Behälter 16 der zweiten Federbaugruppe 10 von rechts in 8 verläuft und die Stange 46 dann von der gleichen Position aus bis zum Gewindeabschnitt der Stange 46 (der Mutter benachbart) auf der linken Seite verläuft. Eine untere Stütze 48 und eine obere Stütze 50 sind jeweils an einem Ende des Federsystems 36 positioniert, wie in 8 dargestellt, und können am Dämpfer 38 gesichert sein.
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Während der Montage kann eine einzelne Federbaugruppe 10 montiert werden, indem die Feder 12 in der unteren Vertiefung 20 des unteren Behälters 14 positioniert und dann der obere Behälter 16 über der Feder 12 platziert wird, wobei die Feder 12 auch in der Vertiefung 28 des oberen Behälters 16 platziert wird (dabei ist zu beachten, dass die Begriffe „oben” und „unten” hierin nur relativ verwendet werden, womit klargestellt wird, dass diese Begriffe bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung in keiner Weise als die Erfindung auf eine derartige Orientierung einschränkend auszulegen sind). Eine Vielzahl derartiger Federbaugruppen 10 kann über der Stange 46 und/oder dem Zylinder 44 des Dämpfer 38 eingefügt werden, wobei die Stützplatten 48, 50 die Federbaugruppen 10 am Dämpfer 38 sichern.
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Im Gebrauch kann eine Kompressionskraft in Richtung des Pfeils 34 den oberen Behälter 16 dazu veranlassen, auf die Feder 12 zu drücken und dadurch die Kompression der Feder 12 auszulösen. Falls die Feder 12 ausreichend komprimiert ist, kann die obere Vertiefung 28 des oberen Behälters 16 damit beginnen, die untere Vertiefung 20 des unteren Behälters 14 teleskopisch aufzunehmen und sie so zu überlappen. Falls eine Vielzahl der Federbaugruppen 10 übereinander gestapelt ist (wie in 8 dargestellt), so wirken die Federbaugruppen 10 in Serie zusammen, um ein Federsystem 36 bereitzustellen, das beispielsweise bei einer Aufhängung in der Automobiltechnik verwendet werden kann. Der Dämpfer 38 kann dann die Federschwingungen des Federsystems 36 dämpfen.
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Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Bilden eines Federsystems 36 bereit. 9 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte zum Bilden des Federsystems 36 beschreibt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S10 einer ersten Federbaugruppe 10A (der oberen Federbaugruppe) und einer zweiten Federbaugruppe 10B (der unteren Federbaugruppe). Die erste Federbaugruppe 10A und die zweite Federbaugruppe 10B umfassen jeweils eine Ringfeder 12; einen ringförmigen ersten Behälter 14 (den unteren Behälter 14) einschließlich einer ersten Vertiefung 20 (der unteren Vertiefung 20) und einer ersten Seite 40 (der unteren Seite 40) gegenüber der ersten Vertiefung 20; und einen ringförmigen zweiten Behälter 16 (den oberen Behälter 16) einschließlich einer zweiten Vertiefung 28 (der oberen Vertiefung 28), die im Wesentlichen becherförmig sein kann, und einer zweiten Seite 42 (der oberen Seite 42) gegenüber der zweiten Vertiefung 28. Die erste Vertiefung 20 und die zweite Vertiefung 28 öffnen sich zueinander und halten dadurch die Feder 12 zwischen sich fest. Die zweite Vertiefung 28 ist so gestaltet, dass sie die erste Vertiefung 20 teleskopisch aufnimmt, wenn die Feder 12 komprimiert wird. Die erste Federbaugruppe 10A und/oder die zweite Federbaugruppe 10B können ringkernförmig mit einer Durchführung 18 sein und eine jeweilige geometrische Mitte C1 aufweisen. Die zweite Seite 42 des zweiten Behälters 16 der zweiten Federbaugruppe 10B wird benachbart zur ersten Seite 40 des ersten Behälters 14 der ersten Federbaugruppe 10A positioniert S12. Alternativ oder zusätzlich kann der Bereitstellungsschritt S10 vorsehen, dass jede der ersten Federbaugruppe 10A bzw. zweiten Federbaugruppe 10B eine modulare Federbaugruppe 10 ist. Falls gewünscht, können die erste Federbaugruppe 10A und die zweite Federbaugruppe 10B mit ihren jeweiligen geometrischen Mitten C1 auf eine gemeinsame Achse A ausgerichtet werden S14. Die erste Federbaugruppe 10A und die zweite Federbaugruppe 10B können dann zusammengehalten werden S16, indem ein Dämpfer 38 durch die Durchführungen 18 der Federbaugruppen 10A, 10B entlang der gemeinsamen Achse A platziert wird. Die erste Federbaugruppe 10A und/oder die zweite Federbaugruppe 10B kann komprimiert werden S18, um eine Vorspannung des Federsystems 36 bereitzustellen oder die Gesamtlänge des Federsystems 36, falls gewünscht, zu kürzen.
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Obwohl diese Erfindung im Hinblick auf mindestens eine Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung jedoch innerhalb des Grundgedankens und des Schutzbereiches dieser Offenbarung weiter abgeändert werden. Diese Anmeldung soll daher alle Variationen, Einsatzmöglichkeiten oder Anpassungen der Erfindung einschließen, die deren allgemeine Grundsätze nutzen. Außerdem soll diese Anmeldung auch solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung einschließen, die innerhalb bekannter oder üblicher Praktiken in der Technik vorkommen, auf die diese Erfindung zutrifft und die innerhalb der Grenzen der beigefügten Ansprüche liegen.
