DE2518483A1 - Elastische lagerbuchse - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. Waiier Abitz
Dr. Dietsr F. Mo rf
Dr. Hans-A. Brauns

8 München öu, *-.-..;c.-_saue,-str. 28

25. April 1975 GT-804-F

THE GENERAL TIRE & RUBBER COMPANY One General Street, Akron, Ohio 4^329, V.St.A.

Elastische Lagerbuchse

Die vorliegende Erfindung betrifft elastische Lagerbuchsen, welche aus einem starren äusseren und einem starren inneren Element bestehen, zwischen welche ein elastomerer Lagereinsatz im allgemeinen unter radialer Kompression eingesetzt wird.

Bei der Schwingungsisolierung von Bauelementen ist es bekannt, elastische Buchsen zu verwenden, die aus einem Paar konzentrischer starrer Metallhülsen bestehen» Dabei wird die innere Hülse an einem Bauelement befestigt, während die äussere Hülse mit dem anderen Bauelement verbunden ist, Ein Lagereinsatz ist konzentrisch zwischen den starren HUl-

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sen angeordnet und steht üblicherweise unter radialer Kompression. Derartige Buchsen werden auch dazu verwendet, die Dämpfung von metallischen Anordnungen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugrahmen, zu erhöhen und den einen geringen Widerstand aufweisenden, rein metallischen Leitungsweg für die Übertragung von Eigengeräuschen in einer metallischen Anordnung zu unterbrechen. Bekannte elastische Lagerbuchsen und Vorrichtungen zur Herstellung derselben sind in den US-PSen 2 749 l60, 2 824 362, 2 840 893,

2 844 398, 2 858 155, 2 872 727, 2 877 5^3, 2 895 215,

3 082 999, 3 147 964, 3 171 699, 3 239 286, 3 380 791, 3 387 839, 3 560 034 und 3 643 320 beschrieben.

Ursprünglich wurden derartige elastische Buchsen hergestellt, indem der nicht ausgehärtete elastomere Lagereinsatz zwischen die Hülsen eingebracht wurde, worauf anschliessend innere Spannungen im elastomeren Einsatz während der Bindung und des Aushärtens beseitigt wurden. Um die Tragfähigkeit der Buchsen zu erhöhen, wurden vorausgehärtete Lagereinsätze unter Druck zwischen die Hülsen eingeführt. Es wurde ferner festgestellt, dass unterschiedliche Federwirkungen in verschiedenen radialen Richtungen in einer einzelnen Buchse erzielt werden konnten, indem der Lagereinsatz mit verschiedenen Ausnehmungen versehen wurde.

Es ist bekannt, zwecks Erhöhung der Tragfähigkeit der Buchse die Lagerbuchse über die Hülsen hinaus vorzusehen, so dass ein Kopfstück oder zwei Kopfstücke an den Buchsenenden erhalten werdenβ Die Kopfstücke erhöhen die axiale Pederhärte in einer Richtung oder in beiden Richtungen, ohne die Torsionsfederhärte und/oder radiale Pederhärte zu ändern. Das heisst, die axiale Pederhärte wird erhöht, ohne dass die Steifigkeit

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des elastomeren Einsatzes durch die Verwendung eines härteren Materials oder durch Bindung des elastomeren Materials an den starren Hülsen vergrössert wird.

Derartige mit zwei Kopfstücken versehene elastische Buchsen, welche hohe axiale Pederhärten in beiden Richtungen aufweisen, können erhalten werden, indem die Buchse nach dem Einsetzen eines einfachen ringförmigen Lagereinsatzes zwischen zwei konzentrischen Hülsen mit Endkappen versehen wird. Derartige Kappen wurden mit Erfolg verwendet, um die axiale Federhärte zu erhöhen, ohne die Torsionsfederhärte oder radiale . Federhärte zu beeinflussen. Jedoch sind derartige Kopfstücke wegen der Neigung des Einsatzes, bei steigender Grosse von der inneren Hülse wegzuziehen, begrenzt. Ferner ist es bei der Anordnung solcher Endkappen unumgänglich, dass die Kopfstücke im freien Zustand eine erhebliche axiale Druckbeanspruchung erfahren, was sich bei bestimmten Prüfungen als nachteilig für die Beständigkeit und die Widerstandsfähigkeit des elastischen Lagers bezüglich Ermüdung erwiesen hat.

Es wurde vorgeschlagen, die Herstellungskosten einer mit 2;wei Kopfstücken versehenen Lagerbuchse zu verringern, indem die Kopfstücke gleichzeitig mit dem Einsetzen des Lagereinsatzes zwischen die Hülsen geformt werden. Eine derartige Herstellung erfordert jedoch einen Lagereinsatz, welcher an beiden Enden mit Kopfstücken versehen ist, d₀ h., dass der äussere Umfang jeweils grosser als der Aussenumfang des Körperteils ist. Derartige Lagereinsätze erfordern eine schwierige und kostspielige Herstellung, so dass die durch den einstufigen Vorgang des Einsetzens des Einsatzes und der Kopfstückausbildung der Lagerbuchse ersparten Kosten bei der Herstellung des Lagereinsatzes im wesentlichen wieder verlorengehen. Ferner sind die auf diese Weise erhaltenen

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Kopfstücke einer mit zwei Kopfstücken ausgestatteten elastischen Lagerbuchse gewöhnlich unter axialer Druckspannung.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die genannten Nachteile und Schwierigkeiten bei der Herstellung von mit zwei Kopfstücken ausgestatteten elastischen Lagerbuchsen. Durch die Erfindung wird ein Lagereinsatz geschaffen, der ohne Schwierigkeit geformt werden kann und welcher die Herstellung einer mit zwei Kopfstücken ausgestatteten elastischen Lagerbuchse in einem einzigen Montageschritt gestattet. Darüberhinaus stellt sie eine mit zwei Kopfstücken versehene Lagerbuchse zur Verfügung, welche eine kontrollierbare und verringerte axiale Druckspannung in den Kopfstücken aufweist, wenn sich die Buchse in ihrem freien oder unbelasteten Zustand befindet.

Durch die Erfindung wird ein Lagereinsatz für eine mit zwei Kopfstücken versehene elastische Lagerbuchse geschaffen, welcher mühelos geformt werden kann und welcher in einem einzigen Montageschritt in die mit zwei Kopfstücken versehene elastische Buchse eingesetzt werden kann. Der Lagereinsatz besteht aus einer elastomeren Zusammensetzung und besitzt einen ringförmigen zentralen Körper mit inneren und äusseren Umfangsabschnitten. Der Lagereinsatz weist ferner einen ersten und einen zweiten Kopfabschnitt auf, die jeweils an den entgegengesetzten Endabschnitten einstückig mit dem Körper ausgebildet sind.

Der erste Kopfabschnitt weist einen äusseren Umfang auf, der grosser als der Aussenumfang des zentralen Körpers ist, sowie einen inneren Umfang, der mindestens so gross wie der zentrale Körper ausgeführt ist. Der erste Kopfabschnitt besitzt ein

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Volumen, welches mindestens dem Volumen eines Kopfstücks einer mit zwei Kopfstücken versehenen elastischen Buchse entspricht, für welche der Lagereinsatz bestimmt ist. Vorzugsweise ist das Volumen des ersten Kopfabschnitts im wesentlichen so gross wie das Volumen eines Kopfstücks einer mit zwei Kopfstücken ausgestatteten elastischen Buchse, für welche der Lagereinsatz bestimmt ist, so dass ein Kopfabschnitt erhalten wird, welcher im unbelasteten Zustand im wesentlichen frei von axialen Druckspannungen ist.

Der zweite Kopfabschnitt besitzt einen Aussenumfang, welcher mindestens so klein wie der Aussenumfang des zentralen Körpers ist, und einen Innenumfang, welcher kleiner als der Innenumfang des zentralen Körpers ist. Zur Ausbildung einer Nase und Anordnung des gewünschten Kopfstücks der elastischen Lagerbuchse ist der Innenumfang an einem Ende ringförmig verjüngt, um in den zentralen Körper mit einem Winkel überzugehen, der geringer als etwa 50° ist und vorzugsweise zwischen 20 und 40° liegt. Aus dem gleichen Grunde ist die Körperlänge des zweiten Kopfabschnittes kleiner als 2,5 cm und vorzugsweise kleiner als 1,25 cm, wobei 0,65 cm eine übliche Abmessung darstellen.

Das Volumen des zweiten Kopfabschnittes wird derart bemessen, dass es mindestens so gross wie das Volumen eines zweiten Kopfstückes einer elastischen Buchse ist, für welche der Lagereinsatz bestimmt ist. Wiederum entspricht das Volumen des zweiten Kopfabschnitts im wesentlichen dem Volumen eines zweiten Kopfstücks einer elastischen Buchse, für welche der Lagereinsatz bestimmt ist, so dass das erhaltene Kopfstück der elastischen Buchse im unbelasteten Zustand im wesentlichen frei von axialen Druckspannungen ist.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der anschliessenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und Hersteilungsschritte in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine mit zwei Kopfstücken ausgestattete elastische Buchse, welche mit einem erfindungsgemässen Lagereinsatz ausgestattet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Buchse gemäss Fig. 1, Fig. 5 eine Stirnansicht der Buchse gemäss Fig. 1,

Fig. 4 einen seitlichen Schnitt eines erfindungsgemässen Lagereinsatzes vor seinem Einbau in die in Fig. 1 dargestellte elastische Buchse,

Fig. 5 eine Stirnansicht des Lagereinsatzes gemäss Fig. 4, und

Fig. 6 einen seitlichen Schnitt einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lagereinsatzes.

In den Figuren 1, 2 und J5 ist eine mit zwei Kopfstücken ausgestattete elastische Buchse 10 dargestellt, welche sich zur Verwendung im Fahrzeugbau eignet. Die Buchse 10 enthält ein äusseres starres Element 11 und ein inneres starres Element Vorzugsweise bestehen die Elemente 11 und 12 aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl, und sind zylindrisch ausgebildet. Beim Zusammenbau sind die Elemente 11 und 12 vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet»

Zwischen den Elementen 11 und 12 ist der erfindungsgemässe Lagereinsatz 13> unter Druckspannung angeordnet. Der Lagereinsatz IJ wird aus einer elastomeren Zusammensetzung hergestellt,

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die beispielsweise durch Herstellung einer Partie eines elastomeren Gemisches aus entsprechenden Mengen eines Beschleunigers, eines Modifizierungsmittels und eines Weichmachers unter Zusatz von Härtungsmitteln, Antioxidantien und Füllstoffen erhalten wird. Als elastomere Gemische eignen sich ausser Naturkautschuk synthetische Elastomere wie etwa Ä'thylen-Propylenkautschuk, Styrol-Butadienkautsch.uk und dergleichen, die Üblicherweise mit Russ gefüllt sind« Die Partie wird durch Spritzguss, Pressspritzen oder Pressen verarbeitet und anschliessend zur Bildung des elastomeren Einsatzes ausgehärtet. Der Einsatz weist üblicherweise eine Shore-A-Härte zwischen etwa 55 und 70 und vorzugsweise etwa 50 oder darüber auf.

In den Figuren 4 und 5 ist der Lagereinsatz vor dem Einbau dargestellt. Der Lagereinsatz 13 besteht aus einer elastomeren Zusammensetzung und weist einen zentralen ringförmigen Körper 14 mit inneren und äusseren Umfangsabschnitten 15 bzw. 16 auf. Die inneren und äusseren umfangseitigen Abmessungen sowie die Länge des Körpers 14 werden durch die Abmessungen der starren Elemente 11 und 12 und die im Lagereinsatz beim Zusammenbau gewünschte Dehnung bestimmt. Üblicherweise ist der Lagereinsatz derart ausgelegt, dass der zentrale Körper 14 eine Dehnung von mindestens JO % und sogar bis zu und über 100 % erreicht. Die Dehnung bestimmt die radialen Druckspannungen innerhalb des eingebauten Lagereinsatzes sowie die radiale Federhärte und die Torsionsfederhärte der elastischen Buchse.

Der Lagereinsatz 1J5 weist ferner Kopfabschnitte 17 und auf, die jeweils ^ entgegengesetzten axialen Enden des Lagereinsatzes einstückig mit dem Körper 14 ausgebildet sind.

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Der Kopfabschnitt 17 besitzt einen Aussenumfang 19* welcher grosser als der Aussenumfang 16 des Körpers 14 ist, und einen Innenumfang 20, welcher mindestens ebenso gross wie und vorzugsweise geringfügig grosser als der Innenumfang 15 des Körpers 14 ist.

Der Kopfabschnitt 18 besitzt einen Aussenumfang 21, der mindestens so klein wie der Aussenumfang 16 des Körpers 14 ist und einen Innenumfang, der kleiner als der Innenumfang 15 des Körpers 14 ist. Der Innenumfang 22 des Kopfabschnitts 18 ist ferner an einem Ende mit einer ringförmigen Verjüngung ausgebildet, durch welche der Kopfabschnitt 18 mit dem Körper 14 verbunden wird. Der durch die ringförmige Verjüngung 25 gebildete Winkel ist kleiner als 50° und liegt vorzugsweise zwischen 20 und 40°. Man nimmt an, dass bei einer Ausführung der ringförmigen Verjüngung 23 mit einem Winkel von mehr als 50° der Kopfabschnitt 18 keine richtige Nase, bildet, um den gewünschten Kopf der elastischen Lageranordnung zu ergeben. Üblicherweise weist geringförmige Verjüngung 23 einen Winkel von 30° auf, um während des Einsetzvorganges eine geeignete Abschrägung zu liefern und dabei die Länge des Kopfabschnitts 18 nicht ungebührlich zu verlängern.

Aus diesem Grund ist die Länge L des Kopfabschnitts 18, d. h. die axiale Länge des Kopfabschnitts 18 abzüglich der Verjüngung 23, ebenfalls kleiner als 2,5 cm und vorzugsweise kleiner als 1,25 cm, wobei 0,63 cm die am meisten, verwendete Abmessung darstellt.

Die Volumina der Kopfabschnitte 17 und 18 sind mindestens so gross wie die jeweiligen Volumina der Kopfstücke 24 und 25 der gewünschten elastischen Buchse 10, in welche der Lagereinsatz unter Spannung aufgenommen wird (siehe Fig. 1 und

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2). Insbesondere werden die Volumina der Kopfabschnitte

17 und 18 derart bemessen, dass die gewünschte axiale Kompression erreicht wird und die geforderten Federhärten für die Kopf abschnitte 24 und 25 der elastischen Buchse erhalten werden. Falls die Kopfstücke der elastischen Buchse im unbelasteten Zustand im wesentlichen ohne axiale Kompression sein sollen, so werden die Kopfabschnitte 17 und

18 des Lagereinsatzes 13 mit einem Volumen ausgestattet, welches im wesentlichen dem Volumen der Kopfstücke 24 und 25 der elastischen Buchse entspricht. Sollen andererseits die Kopfabschnitte 24 und 25 unter Druckspannung stehen, so erhalten die Kopfabschnitte 17 und l8 des Druckeinsatzes 13 ein Volumen, welches wesentlich grosser als jenes der Kopfstücke 24 und 25 ist. Damit kann eine axiale Druckspannung, bzw. ein Fehlen derselben, in einfacher Weise durch die Auswahl des Volumens der Kopfabschnitte 17 und l8 des Lagereinsatzes 1J5 bestimmt werden. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die in den Kopfstücken 24 und 25 vorhandenen Druckkräfte auf diese Weise unabhängig voneinander eingestellt werden können, so dass in verschiedenen Richtungen unterschiedliche axiale Federhärten vorgesehen werden können.

Gemäss den Figuren 1, 2 und 3 wird die elastische Buchse vorzugsweise zusammengebaut, indem zuerst das äussere Element in einer oberen Halteanordnung, die Teil einer vertikalen oder horizontalen Montagevorrichtung, beispielsweise gemäss der US-PS 2 660 78O, eingesetzt wird. Anschliessend wird der Haltering 26 gegen den Flansch 27 des inneren Elements 12 gelegt und die Anordnung auf einem Dorn angeordnet. Der Dorn dient dazu, das innere Element 12 zu halten und dieses durch die untere Halteanordnung und die ringförmige Öffnung im elastomeren Lagereinsatζ 13 zu drücken.

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Beim Einsetzen wird zuerst der Kopfabschnitt·17 des Lagereinsatzes 13 zwischen dem Haltering 26 und dem Plansch 28 des äusseren Elements 11 angeordnet. Gleichzeitig wird der Kopfabschnitt 18 abgeschrägt und bildet das Kopfstück 25, welches in Anlage mit einem Plansch 29 des äusseren Elements 11 steht. Ein Halteelement 30 wird anschliessend über das innere Element 12 und gegen das Kopfstück 25 gelegt und ein Niet 31 wird durch eine öffnung 32 im Halteelement 30 sowie eine öffnung 33 im inneren Element 12 eingeführt, um das Halteelement 30 in Anlage am Kopfstück 25 des Lagereinsatzes 13 mit dem inneren Element 12 zu verbinden.

Um eine Befestigung der elastischen Buchse bei deren Verwendung zu ermöglichen, ist das äussere Element 12 mit Ansätzen 34 versehen, in welchen öffnungen vorgesehen sind, und das Halteelement 30 ist mit Schlitzen 35 ausgebildet. Somit, kann ein Bauelement, beispielsweise ein Kraftfahrzeugrahmen, über die Ansätze 34 mifc dem äusseren Element 11 verbunden werden, und ein weiteres Bauelement, beispielsweise ein Motor, kann mittels der Schlitze 35 im Halteelement 30 am inneren Element 12 befestigt werden.

In Fig. 6 ist eine alternative AusfUhrungsform des Lagereinsatzes 13' dargestellt. Der Lagereinsatz 13* besitzt die gleichen Teile in entsprechender gegenseitiger Anordnung, wie sie vorausgehend in Verbindung mit dem Einsatz 13 beschrieben wurden. Diese Teile wurden daher mit den gleichen gestrichenen Bezugsziffern versehen und werden nicht mehr im einzelnen erläutert. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Innenumfang 20' des Kopfabschnitts 17' die gleiche Grosse aufweist wie der Innenumfang 15' des zentralen Körpers 14', und nicht grosser als der Innenumfang des zentralen Körpers ist,

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und dass ferner der äussere Umfang 21' des Kopfabschnitts l8' die gleiche Grosse wie der äussere Umfang ΐβ^! des zentralen Körpers 14¹ besitzt. Darüberhinaus wurde die Formgebung der Kopfabschnitte 17' und l8' geändert, um die verschiedenen innerhalb der Kopfabschnitte der elastischen Buchse beim Zusammenbau entstehenden Spannungen zu steuern.

Weiterer Stand der Technik: US-PSen Z> 147 964 und 3 202 410 sowie DT-PS 732 205.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Elastische, mit zwei Kopfstücken ausgestattete Buchse, welche ein starres äusseres Element aufweist, das ein starres inneres Element konzentrisch umgibt, sowie ein erstes Halteelement, ein zweites Halteelement und einen Lagereinsatz, welcher zwei endseitige Kopfabschnitte besitzt und radial zusammengepresst und gedehnt zwischen dem inneren und dem äusseren Element liegt, wobei jedes Kopfstück jeweils zwischen einem Halteelement und dem äusseren Element an den Enden des äusseren Elementes liegt, gekennzeichnet durch

   A· einen Lagereinsatz aus elastomerem Material, welcher (i) einen im wesentlichen zylindrischen zentralen ringförmigen Körper aufweist, welcher innere und äussere Umfangsabschnitte aufweist und welcher radial zusammengedrückt und mindestens etwa 30 % in Längsrichtung gedehnt zwischen dem inneren Element und dem äusseren Element liegt, und (ii) einen ersten und zweiten Kopfabschnitt (17, 18; 17', 18'), welcher jeweils in axialer Lage an einander gegenüberliegenden Enden des Körpers (14, 14 ·) einstückig mit diesem ausgebildet ist,

   B. wobei der erste Kopfabschnitt (17, 17') im spannungslosen Zustand (i) einen äusseren Umfang besitzt, der grosser als der äussere Umfang des Körpers (14) ist, (ii) sowie einen inneren Umfang, der mindestens so gross

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   wie der Körper (l4j ist und (iii) ein Volumen, welches mindestens so gross wie das gewünschte Volumen eines ersten unter Spannung liegenden Kopfstücks des elastischen Lagers ist, und

   C. der zweite Kopfabschnitt (l8, 18¹) im spannungslosen Zustand (i) einen äusseren Umfang aufweist, welcher mindestens so klein wie der äussere Umfang des Körpers (14) ist, (ii) sowie einen inneren Umfang, der kleiner als der innere Umfang des Körpers (14) ist und der an einem Ende desselben ringförmig verjüngt verläuft, um in das Innere des Körpers (14) unter einem Winkel überzugehen, der kleiner als etwa 50° ist, und (iii) ein Volumen aufweist, welches mindestens so gross wie das Volumen eines zweiten unter Spannung liegenden Kopfstücks der elastischen Buchse ist.

   2. Lagereinsatz für eine elastische, mit zwei Kopfstücken ausgestattete Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfabschnitte (17, l8j 17'j I8¹) des Einsatzes Volumina besitzen, die wesentlich grosser als die unter Spannung liegenden Kopfabschnitte des elastischen Lagers sind, so dass die am Lagereinsatz gebildeten Kopfabschnitte unter axialer Druckspannung liegen.

   5· Lagereinsatz für eine mit zwei Kopfstücken versehene elastische Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfabschnitte (17, l8; 17¹, I8¹) des Lagereinsatzes Volumina aufweisen, die im wesentlichen den Volumina der unter Spannung stehenden, an dem elastischen Lager gebildeten Kopfstücke entsprechen, so dass

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   die durch den Lagereinsatz gebildeten Kopfstücke im wesentlich frei von einer axialen Druckspannung sind.

   4. Lagereinsatz für eine mit zwei Kopfstücken versehene Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kopfabschnitt (l8, 18') sich ringförmig verjüngt, um in den Körper (14) unter einem Winkel von etwa 20 bis 40° überzugehen.

   5· Lagereinsatz für eine mit zwei Kopfstücken versehene Buchse gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfabschnitte (17, l8; 17', l8') des Lagereinsatzes (15; 15^!) Volumina aufweisen, die wesentlich grosser als die an der elastischen Buchse gebildeten Kopfstücke sind, so dass die am Lagereinsatz gebildeten Kopfabschnitte unter axialer Druckspannung stehen.

   6. Lagereinsatz für eine mit zwei Kopfstücken versehene elastische Buchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopfabschnitte (17, l8; 17'* l8') des Lagereinsatzes Volumina aufweisen, welche im wesentlichen den Volumina der an der elastischen Lagerbuchse gebildeten Kopfstücke entsprechen, so dass die durch den Lagereinsatz gebildeten Kopfstücke im wesentlichen frei von axialer Druckspannung sind.

   7· Lagereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kopfabschnitt (18, 18') im spannungslosen Zustand eine Länge (L) aufweist, die kleiner als etwa 2,5 cm ist.

   8. Lagereinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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   dass der Einsatz aus einem elastomeren Material besteht, welches eine Shore-Α-Härte zwischen etwa J55 bis 70 aufweist.

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