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Die Erfindung betrifft Federkonstruktionen enthaltend
ein hohles bevorzugt zylindrisches Dämpfungselement (i) bevorzugt
auf der Basis von Gummi oder besonders bevorzugt zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten,
bevorzugt auf der Basis von zelligen Polyurethanelastomeren, die
ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten können, besonders bevorzugt auf
der Basis von zelligen Po1yurethanelastomeren bevorzugt mit einer
Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m3, bevorzugt mit einer Zugfestigkeit nach DIN
53571 von ≥ 2,
bevorzugt 2 bis 8 N/mm2, einer Dehnung nach
DIN 53571 von ≥ 300,
bevorzugt 300 bis 700 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53515
von ≥ 8,
bevorzugt 8 bis 25 N/mm, mindestens ein Rundlager (ii) enthaltend
mindestens ein bevorzugt zylindrisches, hohles, elastisches Lagerelement (iii),
bevorzugt auf der Basis von Gummi oder besonders bevorzugt zelligen
Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, insbesondere Materialien,
die für
(i) als besonders bevorzugt dargestellt werden, das einen bevorzugt
hohlen bevorzugt zylindrischen Einleger (iv) umfasst, sowie mindestens
eine untere Abdeckung (v) und mindestens eine obere Abdeckung (vi), zwischen
denen das Rundlager (ii) positioniert ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung
auf Verfahren zur Montage von Federkonstruktionen enthaltend mindestens
ein Rundlager (ii) enthaltend mindestens ein zylindrisches, hohles,
elastisches Lagerelement (iii), das einen Einleger (iv) umfasst,
sowie mindestens eine untere Abdeckung (v) und mindestens eine obere
Abdeckung (vi) in einer Automobilkarosserie. Des weiteren betrifft
die Erfindung Automobile, beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse,
bevorzugt Automobilfahrwerke enthaltend die erfindungsgemäße Federkonstruktion.
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Aus Polyurethanelastomeren hergestellte Federungselemente
werden in Automobilen beispielsweise innerhalb des Fahrwerks verwendet
und sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftfahrzeugen
als schwingungsdämpfende
Federelemente eingesetzt. Dabei übernehmen
die Federelemente eine Endanschlagfunktion, beeinflussen die Kraft-Weg-Kennung
des Rades durch das Ausbilden oder Verstärken einer progressiven Charakteristik der
Fahrzeugfederung. Die Nickeffekte des Fahrzeuges können reduziert
werden und die Wankabstützung
wird verstärkt.
Insbesondere durch die geometrische Gestaltung wird die Anlaufsteifigkeit
optimiert, dies hat maßgeblichen
Einfluss auf den Federungskomfort des Fahrzeuges. Durch die gezielte
Auslegung der Geometrie ergeben sich über der Lebensdauer nahezu
konstante Bauteileigenschaften. Durch diese Funktion wird der Fahrkomfort
erhöht
und ein Höchstmaß an Fahrsicherheit
gewährleistet.
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Häufig
werden zusätzlich
zu sogenannten Zusatzfedern, die üblicherweise auf der Kolbenstange
des Stoßdämpfers platziert
werden, Dämpferlager,
auch als Rundlager bezeichnet, zum Einsatz, die die Kolbenstange
elastisch mit der Karosserie verbinden. Aufgrund des elastischen
und damit empfindlichen Materials des Lagerelementes des Rundlagers stellt
die Montage dieses Dämpferlagers
einen kritischen Schritt für
die anschließende
Funktionsfähigkeit
der gesamten Federkonstruktion dar. Zudem wird die Funktionalität der Federkonstruktion
entscheidend vom Aufbau, d.h. der Fixierung des Rundlagers und der
Anordnung von den Bauteilen zueinander geprägt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
war es somit, eine neue Federkonstruktion enthaltend ein hohles
zylindrisches Dämpfungselement
(i), mindestens ein Rundlager (ii) enthaltend mindestens ein zylindrisches,
hohles, elastisches Lagerelement (iii), das einen Einleger (iv)
umfasst, sowie mindestens eine untere Abdeckung (v) und mindestens
eine obere Abdeckung (vi), zwischen denen das Rundlager (ii) positioniert
ist, zu entwickeln, bei der insbesondere die Anordnung und die Montage
des Lagerelementes (iii) und damit des Rundlagers (ii) verbessert
ist. Außerdem
sollten Beschädigung
des Lagerelementes (iii) in der neuen Federkonstruktion sowohl bei
der Montage als auch beim Einsatz möglichst verringert werden.
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Diese Aufgaben konnten dadurch gelöst werden,
dass die untere Abdeckung (v) über
mindestens einen seitlichen Fortsatz (vii) verfügt und die obere Abdeckung
(vi) über
mindestens einen seitlichen Fortsatz (viii) verfügt und eine Befestigung, bevorzugt
Vernietung, Verklebung und/oder Verschraubung, besonders bevorzugt
Verschraubung, der unteren Abdeckung (v) mit der oberen Abdeckung
(vi) über
die Fortsätze
(vii) und (viii) vorliegt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Federkonstruktionen
bestehen darin, dass eine schnelle und gleichmäßige Fixierung des Lagerelementes
(iii) des Rundlagers mit den Befestigungsteilen (untere Abdeckung
(v) und obere Abdeckung (vi)) erreicht wird, die das Rundlager mit
der Karosserie befestigen. Durch die einfache Montage des Rundlagers zwischen
der unteren und oberen Abdeckung kann das Lagerelement unter einem über den
gesamten Umfang gleichmäßigen Druck
zwischen diesen Abdeckungen fixiert werden. Beschädigung sowohl
bei der Montage als auch im Betrieb, z.B. durch auftretende Spannungen,
werden deutlich vermindert. Außerdem
kann die Montage der Federkonstruktion mit der Montage der Federkonstruktion
an die Karosserie eines Automobils kombiniert werden, wodurch eine
Vereinfachung des gesamten Montageprozesses erreicht wird. Eine
Verformung des Gehäuserandes,
in dem das Rundlager positioniert wird, und somit Gefügeveränderungen,
die zu Spannungsrissen und dem kompletten Ausfall des Rundlagers
und ggf. zum Bruch des Dämpferlagergehäuses führen können, werden
erfindungsgemäß vermieden.
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Es ist aber auch möglich das
Rundlager (ii) zwischen den Abdekkungen (v) und (vi) vorzumontieren
und erst anschließend
die Federkonstruktion bevorzugt über
die Fortsätze
(vii) und (viii) an der Karosserie zu befestigen.
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Eine weitere Aufgabe bestand darin,
ein verbessertes Verfahren zur Montage von Federkonstruktionen enthaltend
mindestens ein Rundlager (ii) enthaltend mindestens ein zylindrisches,
hohles, elastisches Lagerelement (iii), das einen Einleger (iv) umfasst,
sowie mindestens eine untere Abdeckung (v) und mindestens eine obere
Abdeckung (vi) in einer Automobilkarosserie zu entwickeln, das sowohl einfach
ist als auch zu Federkonstruktionen führt, die die oben dargestellten
Vorteile aufweisen.
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Diese Aufgabe konnte dadurch gelöst werden,
dass man das Rundlager zwischen der unteren Abdeckung (v) und der
oberen Abdeckung (vi) positioniert und anschließend die untere Abdeckung (v)
mit der oberen Abdeckung (vi) sowie der Automobilkarosserie über Bohrungen
(ix) in Fortsätzen
(vii) der unteren Abdeckung (v) sowie Fortsätzen (viii) der oberen Abdeckung
(vi) verschraubt, verklebt oder vernietet, bevorzugt verschraubt
oder vernietet. Dabei ist der Einleger (iv) bevorzugt mit der Kolbenstange
eines Stoßdämpfers montiert,
auf der sich ein hohles zylindrisches Dämpfungselement (i) befindet, wobei
das Dämpfungselement
(i) bevorzugt in der unteren Abdeckung (v) positioniert ist.
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Beispielhafte, bevorzugte erfindungsgemäße Federkonstruktionen
sind im Detail in den 1 bis 4 dargestellt. Die 1 zeigt eine Federkonstruktion,
bei die Zusatzfeder, d.h. das Dämpfungselement
(i) von unten in die untere Abdeckung positioniert wird und von
dem Lagerelement (iii) durch einen Rand, auch Trennelement (vii)
genannt, der unteren Abdeckung (v) getrennt ist. Durch diesen Rand
(xxx) wird ein stabiler Sitz sowohl des Dämpfungselementes (i) als auch
des Lagerelementes (iii) unterstützt. Die 2 stellt die in 1 dargestellte Federkonstruktion
im Querschnitt dar. Die 3 offenbart
eine Federkonstruktion, bei der das Dämpfungselement (i) von oben
in die untere Abdeckung (v) gesteckt wird und durch eine Kante (xxxv)
des Dämpfungselementes
(i), die auf einem entsprechenden Absatz (xxxvi) der unteren Abdeckung
positioniert wird, in der unteren Abdeckung fixiert wird. Bei dieser
Ausgestaltungsform liegt zwischen Dämpfungselement (i) und Lagerelement
(iii) bevorzugt ein Trennelement (vii) vor, das nicht Teil der unteren
Abdeckung (v) ist sondern nach dem Einfügen des Dämpfungselementes (i) in die
untere Abdeckung (v) auf dem oberen Rand des Dämpfungselementes (i) positioniert
wird. 4 stellt die Federkonstruktion
der 3 im Querschnitt
dar.
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Als Fortsätze kommen beispielsweise entsprechende
Ränder
oder Ausstülpungen
auf der äußeren Oberfläche der
Abdeckungen in Frage, die wobei der oder die Fortsätze (vii)
bevorzugt am oberen Rand der unteren Abdeckung (v) positioniert
ist und der oder die Fortsätze
(viii) bevorzugt am unteren Rand der oberen Abdeckung (vi). Bei
den Abdeckungen (v) und (vi) handelt es sich bevorzugt und zylindrische
Formkörper,
die jeweils auf der äußeren Oberfläche die
erfindungsgemäßen Fortsätze (vii)
und (viii) aufweisen. Bevorzugt liegen die Fortsätze (vii) und (viii) in der
Federkonstruktion, d.h. im montierten zustand, in direkten Kontakt
zueinander vor, besonders bevorzugt direkt übereinander, insbesondere deckungsgleich übereinander.
Die Dicke der Fortsätze (d.h.
die Abmessung in axiale Richtung) beträgt bevorzugt zwischen 2 mm
und 20 mm. Die Fortsätze (vii)
und (viii) sind horizontal oder in einem Winkel zur axialen Ausrichtung,
bevorzugt horizontal, d.h. insbesondere senkrecht zur axialen Ausrichtung
der Federkonstruktion ausgerichtet. Dabei ist die axiale Ausrichtung
definiert durch die Richtung des Hohlraums des Dämpfungselementes (i), insbesondere die
Ausrichtung einer Kolbenstange. Bei den Fortsätzen (vii) und (viii) kann
es sich jeweils um einen Fortsatz handeln, der um den gesamten Umfang
der jeweiligen Abdeckung läuft
oder um begrenzte Fortsätze
wie in den 1 bis 4 dargestellt. In den Figuren werden
Abdeckungen offenbart, die jeweils über zwei Fortsätze verfügen. Bevorzugt
können
die Abdeckungen (v) und (vi) jeweils über mindestens eine, bevorzugt
2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 4 Fortsätze verfügen. Die Befestigung der unteren
Abdeckung mit der oberen Abdeckung kann beispielsweise derart erfolgen,
das die Fortsätze
(vii) und (viii) miteinander verklebt werden, beispielsweise in
Abhängigkeit
vom gewählten
Material für
die Abdeckungen (v) und (vi) mit Klebstoffe, die für diese
Materialien üblich
und bekannt sind. Bevorzugt wird die untere Abdeckung (v) mit der
oberen Abdeckung (vi) durch Nieten oder Schrauben, die durch Bohrungen (ix)
in den Fortsätzen
(v) und (vi) geführt
werden, befestigt.
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In der oder den Fortsätzen (vii)
bzw. (viii) befinden sich somit bevorzugt Bohrungen (ix), die sowohl
der Montage der unteren mit der oberen Abdeckung dienen können als
auch der Montage der Federkonstruktion mit der Karosserie, beispielsweise durch
Vernieten oder Verschrauben durch diese entsprechenden Bohrungen
(ix). Bevorzugt liegen in den jeweiligen Fortsätzen (vii) und (viii) jeweils
mindestens zwei, bevorzugt 2 bis 8, besonders bevorzugt 2 bis 4
Bohrungen (ix) vor. Dabei sind die Bohrungen (ix) der oberen Abdeckung
(vi) in axialer Verlängerung
der Bohrungen (ix) der unteren Abdeckung (v) angeordnet sind, d.h.
die Bohrungen sind übereinander
angeordnet. Bevorzugt erfolgt die Verbindung der unteren Abdeckung
mit der oberen Abdeckung, indem man durch die Bohrungen (ix) eine
Schraube führt
und entweder mit einem Gewinde in der Bohrung oder in der Karosserie
oder durch eine entsprechende Mutter verschraubt und somit fixiert.
Alternativ ist es möglich,
durch die Bohrungen Nieten zu treiben und zu fixieren.
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Bevorzugt liegt das Lagerelement
(iii) durch das Vernieten oder bevorzugt das Verschrauben der unteren
Abdeckung (v) mit der oberen Abdeckung (vi) zwischen der unteren
Abdeckung (v) und der oberen Abdeckung (vi) unter Druck fixiert
vor, d.h. unter Vorspannung, insbesondere in einer Vorspannung,
die 5 bis 30 % der Rundlagerhöhe
in axialer Richtung beträgt.
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Bevorzugt wird lediglich das Lagerelement zwischen
der unteren Abdeckung (v) und der oberen Abdeckung (vi), bevorzugt
durch direkten Kontakt mit der unteren Abdeckung (v) und der oberen
Abdeckung (vi), fixiert. Der Einleger (iv) wird bevorzugt lediglich über das
Lagerelement (iii) mit der unteren bzw. oberen Abdeckung befestigt
und ist entsprechend bevorzugt elastisch in den Abdeckungen gelagert.
An dem Einleger (iv) kann bevorzugt die Kolbenstange des Stoßdämpfers verschraubt
werden, was bevorzugt dazu führt,
dass auftretende Kräfte
des Stoßdämpfers über das
Lagerelement gedämpft
in die Karosserie gehen. Bevorzugt ist somit das Lagerelement (iii),
nicht aber der Einleger (iv) durch die Befestigung der unteren Abdeckung
(v) mit der oberen Abdekkung (vi) mit Kontakt zwischen dem Lagerelement
(iii) und der unteren Abdeckung (v) sowie der oberen Abdeckung (vi)
fixiert.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform
der Erfindung kann die Federkonstruktion eine Kolbenstange eines
Stoßdämpfers enthalten. Dabei
wird die Kolbenstange bevorzugt in den Hohlräumen des Dämpfungselementes (i), der unteren Abdeckung
(v) und des Einlegers (iv) positioniert und besonders bevorzugt
an dem Einleger (iv) befestigt. Der gemeinsame Hohlraum, in dem
die Kolbenstange zum Liegen kommt, ist den 2 und 4 deutlich zu
entnehmen. Bevorzugt weist somit die untere Abdeckung (v) einen
Hohlraum auf und besonders bevorzugt bilden die Hohlräume des
Einlegers (iv), der unteren Abdeckung (v) und des Dämpfungsele mentes
(i) einen durchgehenden Hohlraum bevorzugt in axialer Richtung,
wobei bevorzugt in diesem Hohlraum eine Kolbenstange positioniert
ist, die mit dem Einleger (iv) befestigt ist.
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Wie bereits in Erklärungen zu
den Figuren dargestellt, liegt zwischen dem Dämpfungselement (i) und dem
Lagerelement (iii) bevorzugt eine Trennelement (vii) vor. Dieses
Trennelement dient sowohl dem besseren Sitz des Dämpfungselementes
in der unteren Abdeckung als auch einer Entkopplung der beiden elastischen
Elemente (i) und (iii). Das Trennelement (vii) kann sowohl Teil
der unteren Abdeckung (v) sein als auch als externes Teil in die
untere Abdeckung (v) eingefügt
werden. Bevorzugt ist das Trennelement Teil der unteren Abdeckung
(v), beispielsweise ein Rand (xxx). Um einen möglichst sicheren Sitz des Dämpfungselementes
(i) in der unteren Abdeckung (v) zu ermöglichen, kann die untere Abdeckung
(v) einen Rand (xxv) aufweisen, der bevorzugt passgenau einen Teil
des Dämpfungselementes
(i) umschließt
und damit das Dämpfungselement
(i) in der unteren Abdeckung (v) fixiert. Bevorzugt ist somit, dass
das Dämpfungselement
(i) zumindest teilweise von einem Rand (xxv) der unteren Abdeckung (v)
umfasst wird.
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Zu den einzelnen Elementen der erfindungsgemäßen Federkonstruktion
ist ansonsten Folgendes auszuführen:
Die
untere Abdeckung (v) und die obere Abdeckung (vi), die geschlossen
oder wie die untere Abdeckung (v) mit einer mittigen Bohrung vorliegen
kann, können auf
allgemein bekannten bevorzugt harten Materialien basieren, beispielsweise
Metallen oder harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem Polyurethan, Polyamid,
Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder bevorzugt Polyoxymethylen.
Der äußere Durchmesser
der unteren und oberen Abdeckung beträgt bevorzugt zwischen 30 mm
und 200 mm. Die Gesamthöhe
der unteren Abdeckung (v) und der oberen Abdeckung (vi) im montierten
Zustand beträgt
bevorzugt zwischen 70 mm und 200 mm.
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Der Einleger (iv) kann auf allgemein
bekannten bevorzugt harten Materialien basieren, beispielsweise
Metallen oder harten Kunststoffen, z.B. thermoplastischem Polyurethan,
Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder bevorzugt Polyoxymethylen,
besonders bevorzugt Metallen, insbesondere Stahl oder Aluminium.
Der äußere Durchmesser
des Einlegers (iv) beträgt
bevorzugt zwischen 30 mm und 90 mm, besonders bevorzugt zwischen
15 mm und 60 mm.
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Bevorzugt weist das Dämpfungselement
(i) mindestens eine umlaufende Einschnürung (x) auf der äußeren Oberfläche auf.
Bevorzugt besitzt das Dämpfungselement
(i) an dem dem Befestigungstopf (v) abgewandten Ende eine umlaufende
Lippe (xi). Der Durchmesser des Dämpfungselementes (i) beträgt bevorzugt
zwischen 30 mm und 80 mm. Die Höhe
des Dämpfungselementes
(i) beträgt
bevorzugt zwischen 15 mm und 100 mm, besonders bevorzugt zwischen
15 mm und 60 mm.
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Die erfindungsgemäßen Dämpfungselemente (i) und die
Lagerelemente (iii) bevorzugt auf Elastomeren zum Beispiel Gummi
und/oder auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten,
beispielsweise Polyurethanen und/oder Polyharnstoffen, beispielsweise
Polyurethanelastomeren, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten
können. Bevorzugt
handelt es sich bei den Elastomeren um mikrozellige Elastomere auf
der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten, bevorzugt mit
Zellen mit einem Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt
0,01 bis 0,15 mm. Besonders bevorzugt besitzen die Elastomere die
eingangs dargestellten physikalischen Eigenschaften. Elastomere auf
der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung
sind allgemein bekannt und vielfältig
beschreiben, beispielsweise in
EP-A
62 835 ,
EP-A
36 994 ,
EP-A
250 969 ,
DE-A
195 48 770 und
DE-A
195 48 771 .
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Die Herstellung erfolgt üblicherweise
durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen.
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Die Elastomere auf der Basis von
zelligen Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte werden üblicherweise
in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten
miteinander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen
in Frage, beispielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die
erfindungsgemäße dreidimensionale
Form des Federelements gewährleisten. Die
Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditionsprodukte kann nach allgemein
bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem
ein- oder zweistufigen Prozess die folgenden Ausgangsstoffe einsetzt:
- (a) Isocyanat,
- (b) gegenüber
Isocyanaten reaktiven Verbindungen,
- (c) Wasser und gegebenenfalls
- (d) Katalysatoren,
- (e) Treibmittel und/oder
- (f) Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane
und/oder Fettsäuresulfonate.
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Die Oberflächentemperatur der Forminnenwand
beträgt üblicherweise
40 bis 95°C,
bevorzugt 50 bis 90°C.
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Die Herstellung der Formteile wird
bevorzugt bei einem NCO/OH-Verhältnis von
0,85 bis 1,20 durchgeführt,
wobei die erwärmten
Ausgangskomponenten gemischt und in einer der gewünschten
Formteildichte entsprechenden Menge in ein beheiztes, bevorzugt
dichtschließendes
Formwerkzeug gebracht werden. Die Formteile sind nach 5 bis 60 Minuten
ausgehärtet
und damit entformbar. Die Menge des in das Formwerkzeug eingebrachten
Reaktionsgemisches wird üblicherweise
so bemessen, dass die erhaltenen Formkörper die bereits dargestellte Dichte
aufweisen. Die Ausgangskomponenten werden üblicherweise mit einer Temperatur
von 15 bis 120°C,
vorzugsweise von 30 bis 110°C,
in das Formwerkzeug eingebracht. Die Verdichtungsgrade zur Herstellung
der Formkörper
liegen zwischen 1,1 und 8, vorzugsweise zwischen 2 und 6.
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Der äußere Durchmesser des Lagerelementes
(iii) beträgt
bevorzugt zwischen 60 mm und 120 mm. Der innere Durchmesser, d.h.
der Durchmesser des Hohlraumes des Lagerelementes (iii) beträgt bevorzugt
zwischen 10 mm und 80 mm. Der Einleger (iv) kann bevorzugt in das
Lagerelement (iii) geclipst werden, beispielsweise in eine Kerbe,
die auf der inneren Oberfläche
des Lagerelementes (iii) vorliegt.
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Die Durchmesser der Hohlräume in (iv),
(v) und (i) sowie gegebenenfalls (vii) betragen bevorzugt zwischen
10 mm und 80 mm.