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Elastische Lagerbüchse Die Erfindung bezieht sich auf elastische Lagerbüchsen,
insbesondere solche, wie sie zwischen den Federaugen und Federbolzen von Fahrzeugfedern
verwendet werden, mit einer Gummibüchse mit kegelförmiger Außenfläche.
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Elastische Lagerbüchsen dieser Art werden durch einen in axialer Richtung
ausgeübten Druck in den Ringraum zwischen einer sich nach außen kegelförmig erweiternden
Lagerbohrung und einem in der Mitte angeordneten Bolzen bzw. einer Hülse hineingepreßt,
um zwischen diesen Teilen eine elastische Verbindung herzustellen. Damit die Lagerung
große Schubkräfte in axialer und in Umfangsrichtung aufnehmen kann, ohne daß die
Haftung zwischen der elastischen Büchse und dem Lagerkörper oder dem Bolzen bzw.
der Hülse verlorengeht, ist es erforderlich, daß einerseits die innere Druckvorspannung
in der elastischen Lagerbüchse so hoch wie möglich liegt und andererseits die elastische
Lagerbüchse möglichst die gesamte Länge des Hohlraums zwischen dem Lagerkörper und
dem Bolzen bzw. der Hülse ausfüllt. Kegelförmige elastische Lagerbüchsen lassen
sich jedoch nicht sehr tief in den Ringraum zwischen Lagerkörper und Bolzen einpressen,
da der einerseits an der kegelförmigen Innenfläche des Lagergehäuses und andererseits
an dem Bolzen oder der Innenhülse auftretende, mit steigendem Anpreßdruck
steil
ansteigende Reibungswiderstand dies verhindert. Nach kurzem Weg der Büchse in den
Ringraum hinein wird bei weiterem Zusammenpressen das elastische Material der Büchse,
das sich noch außerhalb des Lagerkörpers befindet, radial nach außen fließen, ohne
daß die Druckvorspannung in dem zwischen Lagerbohrung und Bolzen befindlichen Teil
der Büchse erhöht wird. Infolgedessen wird die innere Druckvorspannung im kegelförmigen
Teil der elastischen Lagerbüchse einen bestimmten Wert nicht übersteigen und möglicherweise
auch die Büchse nicht die ganze Länge des Lagers ausfüllen können.
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Um diesem Übelstand abzuhelfen, schlägt die Erfindung vor, die elastische
Lagerbüchse innen in bekannter Weise auf eine Metallhülse aufzuvulkanisieren und
die elastische Lagerbüchse so auszubilden, daß ihr inneres schwächeres Ende - vorzugsweise
nach außen zunehmend - in axialer Richtung über die Metallhülse vorsteht.
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Wenn eine solche erfindungsgemäß ausgebildete elastische Lagerbüchse
in den ringförmigen Hohlraum zwischen einer sich konisch verengenden Lagerbohrung
und einem Bolzen eingepreßt wird, so tritt nur ein Reibungswiderstand zwischen dem
zunehmend auf Druck vorgespannten Gummi und dem äußeren Lagerkörper auf. An der
Außenfläche der Büchse wird daher, wie bei den bekannten Büchsen mit kegelförmiger
Außenfläche, der Reibungswiderstand die nach innen gerichtete Kraft bald übersteigen
und ein weiteres Hineingleiten dieser Fläche der Büchse in die Lagerbohrung verhindern.
Dadurch jedoch, daß die elastische Lagerbüchse innen auf eine Metallhülse aufvulkanisiert
ist, die gegenüber der Außenfläche zurücksteht, kann die elastische Büchse innen
noch tiefer in den ringförmigen Hohlraum hineingepreßt werden. Es ist somit ersichtlich,
daß durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der elastischen Lagerbüchse mit kegelförmiger
Außenfläche eine wesentlich größere innere Druckvorspannung als bei den bekannten
Ausführungen erzielt werden kann. Dadurch, daß die Außenfläche der Lagerbüchse vor
dem Einbau in axialer Richtung über die innere Hülse vorsteht, wird sichergestellt,
daß im eingepreßten Zustand trotz weiter eingepreßten Innenteils die Endfläche der
Büchse praktisch eben ist.
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Insbesondere finden solche erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerbüchsen
paarweise Verwendung, indem sie von beiden Seiten in den Raum zwischen einer sich
nach beiden Seiten konisch erweiternden Lagerbohrung und einem innenliegenden Bolzen
oder einer innenliegenden Hülse eingepreßt werden, wobei es infolge der erfindungsgemäßen
Ausbildung möglich ist, daß beim Aneinanderstoßen der inneren Metallhülsen der elastischen
Lagerbüchsen das elastische Material den gesamten Hohlraum zwischen Lagerkörper
und innerem Teil ausgefüllt hat.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die innere Metallhülse am äußeren
Ende einen sich radial erstreckenden Flansch aufweist, der an die Stirnfläche der
Gummibüchse anvulkanisiert ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Gummibüchse
einen sich radial erstreckenden Bund aufweist, der die in axialer Richtung wirkenden
Kräfte elastisch aufnimmt. Zweckmäßigerweise besitzt dabei der Flansch der Metallhülse
einen größeren Durchmesser als der Bund der Gummibüchse.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Ausführung der Lagerbüchse besteht darin, daß am kegelförmigen Außenumfang der Gummibüchse
Vorkehrungen getroffen sind, um die im elastischen Material auftretenden Belastungskonzentrationen
zu verringern. In welcher Weise dies erreicht werden kann, geht aus der nachfolgenden,
an Hand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen vorgenommenen näheren
Erläuterungen der Erfindung hervor.
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Fig. I zeigt einen Achsschnitt durch eine elastische -Büchse gemäß
der Erfindung in unbelastetem Zustand; Fig. 2 zeigt einen gleichartig geführten
Schnitt durch eine unbelastete elastische Büchse, deren innere Metallhülse an einem
Ende flanschartig aufgebogen ist; Fig. 3 ist eine Endansicht der in Fig. I dargestellten
Büchse.
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Fig. 4 ist eine Endansicht der in Fig. 2 dargestellten Büchse; Fig.
5 zeigt einen Achsschnitt eines Teiles der in Fig. 2 dargestellten Büchse in freistehender
bzw. nicht eingebauter Lage, relativ zu einem Lagergehäuse; Fig. 6 ist eine der
Fig. 5 ähnliche Abbildung, in der die Büchse und das Lagergehäuse in zusammengebauter
Stellung gezeigt sind und in welcher der Gummi einen gewissen Grad von Vorbelastung
aufweist; Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Federbüchslageraufhängung, bei der
der Erfindungsgegenstand zur Anwendung gebracht ist; Fig. 8 ist ein Schnitt ähnlich
der Fig. 7 durch eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes; Fig.9 zeigt
drei Ausführungen von Beilagscheiben, die zur Erzielung eines erhöhten Reibungsschlusses
mit der ihnen gegenüber befindlichen Fläche der federnden, in Fig. i dargestellten
Büchse zur Verwendung gelangen; Fig. io zeigt eine abgeänderte Ausführung der erfindungsgemäßen
Büchse; Fig. i i zeigt die vollständig in das Lagergehäuse hineingepreßte Büchse
nach Fig. io; Fig. 12 und 13 sind ähnliche Darstellungen einer weiteren Ausführungsform;
in Fig. 14 und 15 ist eine erfindungsgemäße Büchse in ähnlicher Weise abgebildet,
wobei diese Büchse hier zum Einbau in ein Lagergehäuse eingerichtet ist, das eine
abgesehen von den Endteilen zylindrische Bohrung hat; Fig. 16 zeigt einen Schnitt
durch die obere Hälfte einer elastischen Büchse und des Büchslagers in der der Einpressung
der Büchse vorangehenden Stellung, wobei die Büchse hier eine elastische Verstärkung
besitzt;
Fig. I7 zeigt einen Schnitt durch die untere Büchsenhälfte
im eingebauten Zustand.
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Die in den Fig. I und 3 abgebildete Büchse, die überdies in Fig. 7
in ein elastisches Büchslager eingebaut dargestellt ist, umfaßt eine metallene innere
zylindrische Hülse Io sowie eine äußere Gummibüchse II. Die letztere ist an einem
Ende mit einem Bund I2 ausgestattet, und ihre Außenfläche verjüngt sich kegelförmig
von dem Bundende nach dem anderen Büchsenende I3 hin, an welchem der Rand der Gummibüchse
über das Ende der inneren Metallhülse Io hinausragt.
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Die in den Fig. 2 und 4 gezeigte elastische Büchse, welche in den
Fig. 5, 6 und 8 in ihrer Anwendung auf ein Lager dargestellt ist, hat charakteristische
Merkmale, die denen der im voranstehenden beschriebenen Büchse ähnlich sind. Das
eine Ende der inneren Metallhülse Io besitzt jedoch hier außerdem einen radialen
Flansch I4, der dem radialen Bund I2 der äußeren Gummibüchse angepaßt ist und diesen
auch aufnimmt. Der Außendurchmesser des radialen Hülsenflansches 14 ist vorzugsweise
größer als der Durchmesser des Bundes I2 der äußeren Gummibüchse II ausgeführt.
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Die innere Metallhülse Io, mit welcher die nachgiebige äußere Büchse
II insbesondere im Falle der Vorsehung eines Hülsenflansches 14 (s. Fig. 2) fest
verbunden ist, gestattet eine leichtere Einführung des nachgiebigen Büchsenmaterials
in die Bohrung des zugehörigen Lagergehäuses. Überdies fördert die kegelförmige
Gestaltung der nachgiebigen Büchse die Vorbelastung, welche in der Büchse durch
Ausübung axialen Druckes hervorgerufen wird.
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Das dem Bund I2 entgegengesetzte Ende I3 der elastischen äußeren Büchse
II ist vorzugsweise unterschnitten. Der so entstehende vorstehende Teil des elastischen
Materials gleicht den an der Außenfläche der elastischen Büchse während der axialen
Einführung der Büchse in die Bohrung des Gehäuses auftretenden Reibungszug aus.
Die Unterschneidung od. dgl. gewährleistet hierdurch, daß das elastische Hülsenmaterial
im eingebauten Zustand nicht über das flanschlose Ende der Metallbüchse Io hinausragt
sowie daß die einander gegenüberliegenden Enden zweier von entgegengesetzten Richtungen
eingeführter elastischer Büchsen zwischenraumlos aneinander anliegen.
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Fig. 5 zeigt die in den Fig. 2 und 4 abgebildete elastische Lagerbüchse
während der Einführung in eine Lagerbohrung oder einen Lagerring I6. Die Figur zeigt,
daß die kegelförmig zulaufende Außenfläche der Büchse im Endteil einer Bohrung Aufnahme
findet, die sich - wie bei I7 ersichtlich -von beiden Enden des Lagergehäuses nach
der Gehäusemitte zu verengt. Vom Augenblick der Berührung zwischen der kegelförmigen
Außenfläche der äußeren Gummibüchse II mit der kegelförmigen Bohrung I7 angefangen,
tritt ein durch axialen Druck bewirkter, der Einführung der Gummibüchse in das Gehäuse
I6 entgegenwirkender Reibungszugwiderstand auf. Das vorstehende Büchsenende I3 gleicht
dies jedoch, wie erwähnt, in der in Fig. 6 dargestellten Art aus, in welcher Figur
die Büchse in ihrer Einbauendstellung gezeigt ist. Ein Vergleich der Fig. 6 mit
der Fig. 5 zeigt überdies, daß der sich nach außen erstreckende Metallflansch 14
während der Zeitspanne, innerhalb welcher der Gummibund I2 durch den Enddruck zu
radialer Erweiterung gezwungen wird, eine Stützwand darstellt. Die metallene Innenhülse
Io erleichtert das Aufschieben der Büchse auf einen Lagerbolzen I8 (s. Fig. 7) oder
einen anders geformten Mittelteil I9 (s. Fig. 8), da diese Hülse das Auftreten eines
Reibungswiderstandes an der Innenfläche der Gummibüchse verhindert.
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Fig. 7 zeigt ein federndes Fahrzeuglager, das an seitliche Aufhängeteile
2o mittels zweier Büchsen gemäß Fig. i angelenkt ist. Die Anordnung wird durch einen
axialen Schraubenbolzen 18 zusammengehalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt
jede Büchse eine glatte Innenhülse io ohne Endflansch, und der Bund 12 jeder der
beiden Gummibüchsen wird daher von einer Metallunterlegscheibe 21 gehalten, die
zwischen die betreffende Büchse und die Fläche des Seitengliedes eingefügt ist.
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In Fig. 8 ist ein federndes Fahrzeuglager 16 dargestellt, das mit
den Teilen 22 und 23 einer Aufhängungseinrichtung verbunden ist. Hier ist an Stelle
einer besonderen Axialschraube ein innerer Lagerteil i9 vorgesehen, der mit dem
Gelenkteil 23 aus einem Stück hergestellt ist und ein abgedrehtes, mit einem Gewinde
versehenes Endstück 24 aufweist, auf das die Mutter 25 aufgeschraubt ist. Die hier
verwendeten Büchsen sind von der in Fig. 2 dargestellten Art.
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Es mag erwünscht sein, die nachgiebige Büchse i i mit einer ringförmigen
Vertiefung oder mit einer am Umfang angeordneten Reihe von kleinen Vertiefungen
auszustatten, die z. B. dort vorgesehen werden können, wo der kegelförmige Teil
der Büchse in den Bund 12 od. dgl. übergeht. Eine Ausführungsform einer derartigen
Vertiefung oder Aussparung 29 ist in Fig. 5 gestrichelt dargestellt.
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Die Gummibüchse n gemäß Fig. io weist eine seichte, ringförmige Vertiefung
30 auf, die in der Oberfläche zur Vermeidung von unter Belastung andernfalls
auftretenden Beanspruchungskonzentrationen vorgeformt ist und die überdies dazu
bestimmt ist, während des Einpressens der Büchse in den Lagerteil 16 (s. Fig. ii)
zwischen dem Metallflansch 14 und dem Lagergehäuse auftretende Aufstülpungen zu
verhindern. Wie ersichtlich, ist die Außenfläche 31 der inneren Metallhülse io bei
diesem Ausführungsbeispiel im gleichen Sinne kegelförmig verjüngt ausgebildet, in
dem sich auch die Kegelformen der Außenfläche der Gummibüchse und die Innenfläche
des Lagergehäuses verengen. Der Flansch i¢ der metallenen Innenhülse kann wie bei
dem in Fig. 2, q. und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel groß ausgeführt werden
oder aber auf einen kleineren, ungefähr mit dem größten Durchmesser der kegelförmigen
Lagerbohrung übereinstimmenden Außendurchmesser reduziert werden. Wenn ein großer
Flansch 14 in Verbindung mit der konischen Außenfläche der metallenen
Innenhülse
zur Anwendung gelangt; dann vergrößert dies den einer Axialbelastung der Büchse
entgegenwirkenden Widerstand. Wird jedoch, wie in den Fig. Io und II gezeigt, ein
kleinerer Flansch 14 in Verbindung mit der kegelförmigen Oberfläche der Metallhülse
benutzt, dann bleibt der Widerstand gegen Axialbelastung erhalten. Gleichzeitig
aber unterstützt eine derartige Anordnung die ausgehöhlte Oberfläche 30 in
der Verringerung der Beanspruchungskonzentration im Gummi an der mit 32 bezeichneten
Stelle.
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Die Fig. 12 und 13 zeigen die Entlastungsaussparung 30 und
den einen kleineren Durchmesser aufweisenden Flansch I4 bei einer zylindrischen
Metallinnenhülse Io. Die Gesamtlänge der Hülse ist etwas verringert, wodurch der
Metallflansch I4, an den der Gummi genauso wie an die Hülse Io anvulkanisiert ist,
näher zum Lagerende zu liegen kommt. Obgleich der Flansch 14 hier relativ kleiner
ist als jener gemäß Fig. 2, ist er doch größer als die Bohrungsöffnung des Lagers
I6 gewählt und macht das zu tiefe Eindringen der Büchse in das Lagergehäuse solcherart
unmöglich.
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Bei allen vorbeschriebenen Beispielen verengt sich die Bohrung des
aufnehmenden Lagerteiles von den Gehäuseenden gegen die Gehäusemitte zu.
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Die Fig. I4 und 15 zeigen eine andere Ausführungsform der Bohrung
des Lagergehäuses 16 und eine andere Ausführungsform der inneren Metallhülse Io
der Büchse. Die Gehäusebohrung ist über den größten Teil der Gehäuselänge zylindrisch,
wie bei 33 dargestellt, und geht an jedem ihrer Enden in eine kegelförmige Erweiterung
34 über. Die kegelförmigen Gehäusebohrungsenden 34 gehen bei 35 vorzugsweise abgerundet
in den zylindrischen Bohrungsmittelteil über. Die innere Metallhülse Io der Büchse
ist im Längsschnitt in entsprechend angepaßter Weise geformt und weist demnach einen
zylindrischen Führungsteil und einen Flansch I4 auf, der, wie bei 36 gezeigt, im
wesentlichen kegelförmig ist. Der Öffnungswinkel dieses Kegels 36 entspricht dem
des Gehäusebohrungsendes 34, kann aber auch kleiner sein. Der Hülsenflansch mündet
in einen radialen Teil von geringem Außendurchmesser. Die Gestalt, die die äußere
Gummibüchse im Freizustand annimmt, ist aus Fig. 14 ersichtlich. Die Gummiaußenfläche
ist, von der Führungskante angefangen, über einen gewissen Abstand konisch, wie
bei 37 gezeigt. Hieran schließt sich ein zylindrischer Teil 38 an, der bei 39 über
eine Abrundung in eine kurze Erweiterung einmündet.
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In eingebauter Stellung (s. Fig. 15) erscheint die Gummibüchse hinreichend
vorbelastet. Der Widerstand gegen Axialbelastung wird durch die vom kegelförmigen
Teil 36 des Büchsenmetallflansches ausgeübte kegelförmige Lagereintrittsöffnung
erzielt. Das innere Ende 13 der Gummibüchse reicht über die innere Kante der inneren
Metallhülse in der in Fig. 1, 2 und 5 dargestellten Weise hinaus.
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Wenn die Metallhülse der erfindungsgemäßen Büchse zylindrisch ist
und, wie in Fig. I dargestellt, keinen radialen Flansch aufweist, dann können beim
Zusammenbau eine oder mehrere Beilagscheiben 21 zur Verwendung gelangen, wie in
Fig. 7 gezeigt ist, wobei diese Scheiben die äußeren Stirnflächen des nachgiebigen
Bundes abstützen.
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In diesem Falle können die Beilagscheiben wellig ausgeführt werden,
wie bei 26 in Fig. 9 dargestellt, oder aber mit Furchen versehen sein - wie bei
27 der gleichen Figur gezeigt -, oder sie. können zwecks Erhöhung des Reibungseffektes
auch - wie bei 28 in Fig. 9 gezeigt -mit einem kegelförmigen Rand ausgestattet werden.
Gewünschtenfalls kann der Stirnfläche des Gummibundes I2 während des Formens entsprechende
Gestalt gegeben werden, oder man kann die Beilagscheibe auch während des Zusammenbaues
des Lagers durch Enddruckanwendung in die Gummifläche einpressen.
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Natürlicher oder Kunstgummi stellen die geeignetsten elastischen Baustoffe
für die äußere Büchse II dar. Dieser Gummi ist an die metallene Innenhülse Io und
an deren Flansch 14, falls ein solcher zur Verwendung gelangt, anvulkanisiert.
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Eine erfindungsgemäße elastische Lagerbüchse kann in zufriedenstellender
Weise eine größere Axiallast aufnehmen, wenn eine etwa auftretende, unzulässige
Radialverlagerung und Formänderung des elastischen Bundes durch einen Metallflansch
14 oder durch eine Beilagscheibe 26, 27 oder 28 verhindert wird. Die mit konischer
Außenhülse versehene Büchse nimmt daher den Axialdruck entsprechend auf und gestattet
die Anwendung einer Vorbelastung, für welche sich diese Büchse, dank der konischen
Oberflächenform, besonders eignet. Diese konische Außenfläche der elastischen Büchse
gewährleistet das Auftreten eines wirksamen Reibungsschlusses in der Bohrung des
aufnehmenden Gehäuses und schließt dadurch jede Gleit- oder Relativbewegungstendenz
selbst im Falle des Auftretens einer beträchtlichen Axial-oder Verdrehungsbelastung
aus.
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Im Falle des Auftretens axialer Belastungen bei einem Lager, welches
aus Zwillingsbüchsen der voranstehend beschriebenen und dargestellten Ausführung
besteht, ist nicht anzunehmen, daß sich bei solch einem Lager, das sich weit weg
vom Angriffspunkt der Last befindet, die Büchsen von der Innenfläche des Gehäuses
ablösen.
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Die Metallhülse dient dazu, die Stellung der Büchse festzulegen, und
verhindert das Auftreten einer unzulässigen Belastung am Bund der nachgiebigen Büchse.
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Als Beispiel für einen angemessenen Kegelöffnungswinkel möge auf einen
solchen Fall hingewiesen werden, bei dem die Außenkonturlinie eines Axialschnittes
durch die Büchse mit der Büchsenachse einen Winkel von 5° einschließt.
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Bei jeder mit einem Flansch ausgestatteten Ausführungsform der inneren
Metallbüchse kann dieser Flansch gewünschtenfalls mit über seinen Umfang verteilten
Zungen 40 versehen werden, die über die Gelenkteile 22, 23 od. dgl. des elastischen
Lagers hinübergebogen werden, wie in Fig.8 gestrichelt gezeigt ist. Dies gewährleistet
die Verhinderung
des Auftretens von Relativbewegungen zwischen
der metallenen Innenhülse der Büchse und den genannten Gelenkteilen.
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Wenn elastische Büchsen unter den in Fig. 8 herrschenden Bedingungen
zur Verwendung gelangen, dann kann im Gummi an in der Nähe der Innenseite des Bundes
12 gelegenen Stellen eine Belastungskonzentration auftreten. Um den Gummi an solchen
Belastungskonzentrationspunkten zu verstärken, wird gemäß Fig. 16 und 17 eine Verstärkungseinlage
41 in den Gummi dort einvulkanisiert, die z. B. rund um die Oberfläche des Büchsengummis
herumreicht oder knapp unter der Gummioberfläche liegt. Die Verstärkung erstreckt
sich über das ganze Gebiet oder einen Teil des Gebietes, das die Innenfläche des
Bundes oder eines andersartigen Abschlusses der Büchse darstellt. Die Verstärkung
erstreckt sich über die Hohlkehle zwischen dem Gummibund und dem übrigen Gummibüchsenteil,
so daß der Gummi in diesem Belastungskonzentrationsgebiet unterstützt wird.
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Die Verstärkung 41 besteht vorzugsweise aus Leinen oder einem anderen
Textilstoff, kann aber auch aus einem dünnen Metallverstärkungsring oder aus einem
rohrförmigen Drahtgewebe hergestellt sein. Eine aus Leinen oder Textilgewebe bestehende
Verstärkung kann auch in die Gummihülse einvulkanisiert sein, statt daß sie an der
Oberfläche oder knapp darunter angeordnet wird. Eine metallene oder Drahtgewebseinlage
ist jedoch vorzugsweise innerhalb der Oberfläche der Hülse anzuordnen, um Belastungskonzentrationen,
die im Gummi in der Nähe der Enden der Verstärkung auftreten könnten, zu vermeiden.
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Gegebenenfalls kann die Verstärkung 41 auch mit Löchern versehen werden,
durch die sich dann der Gummi hindurchwölbt und so mit der Innenfläche des Lagergehäuses
zur Berührung gelangt.