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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Karosserielageranordnung
zur Befestigung einer Fahrzeugkarosserie an einem Fahrzeugrahmen
und zum Dämpfen
und Isolieren von Schwingungen oder Stößen zwischen den beiden Strukturen.
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Stoßdämpfende
Karosserielager sind in der Kraftfahrzeugindustrie zum Befestigen
und Abstützen
der Karosserie eines Fahrzeugs an seinem Rahmen wohlbekannt. Eine
Karosserielagerverbindung muss die Schwingungen vom Rahmen zur Karosserie
und umgekehrt isolieren. Mit isolieren ist gemeint, dass die Größe einer
vom Rahmen durch die Verbindung auf die Karosserie ausgeübten Schwingungskraft
infolge des Passierens der Schwingungskraft durch die Verbindung
reduziert wird. An oder in der Nähe
einer statischen Belastung ist es wünschenswert, ein schwingungsdämpfendes
Material vorzusehen, das eine niedrige kritische Frequenz aufweist. Bei
Frequenzen, die unter der kritischen Frequenz liegen, werden Schwingungen
leicht durch das Isolationsmaterial übertragen. Somit ist es wünschenswert,
für statische
Schwingungsbelastungen eine weiche Verbindung mit einer kritischen
Frequenz die so niedrig wie möglich
ist, vorzusehen. Jedoch ist das Vorsehen einer sehr steifen Verbindung
für große translatorische
Belastungen/Bewegungen wünschenswert,
so dass die Karosserie nicht vom Chassis verschoben wird, das heißt die Verschiebung
oder Scherkraft reduziert ist. Somit führt die Verwendung eines weichen
Materials, wie zum Beispiel Gummi, zum Erhalt einer niedrigen kritischen
Frequenz zwecks Reduzierung statischer Schwingungen zu einer Verbindung,
die nicht steif genug ist, ein Verschieben der Karosserie vom Chassis
zu verhindern.
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Die
GB-A-628 668 offenbart Fahrzeugkarosserielagerungen, bei denen elastische
Elemente zwischen der Karosserie und ihrer Abstützung angeordnet sind.
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Am
häufigsten
werden Gummi, Ringe oder Unterlagen zur Isolierung der Schwingungen
des Fahrzeugrahmens von der Fahrzeugkarosserie verwendet. Die kritische
Frequenz von Gummi ist allgemein dazu geeignet, Schwingungen in
der vertikalen (Z) Richtung zu dämpfen.
Karosserielager nach dem Stand der Technik verwendeten Scherbeanspruchungen
am Gummi zur Isolierung der Schwingungs- und Translationskräfte in der
axialen (X) und transaxialen (Y) Richtung. Das Sichverlassen auf
den Schermodul des Gummis gestattet jedoch ein unerwünschtes
Schwenken oder Schaukeln der Fahrzeugkarosserie bezüglich des
Fahrzeugrahmens.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung ein Karosserielager nach den Ansprüchen 1 und
19 bereit. Das Karosserielager gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
ein am Fahrzeugrahmen befestigtes Halteglied und ein an der Fahrzeugkarosserie
befestigtes zweites Halteglied. Ein oder mehrere Glieder aus mikrozellularem
Polyurethan sind zum Isolieren und Dämpfen von Schwingungs- und
Translationskräften
zwischen den Strukturen zwischen dem ersten und dem zweiten Halteglied
und zwischen der Fahrzeugkarosserie und dem Fahrzeugrahmen vorgesehen.
Die Glieder aus mikrozellularem Polyurethan weisen eine niedrige
kritische Frequenz auf, wie dies zum Dämpfen von Schwingungen erwünscht ist, und
besitzen des Weiteren eine größere Steifigkeit unter
hohen Belastungen als das bei herkömmlichen Karosserielagern verwendete
herkömmliche
Gummimaterial. Deshalb bietet die Verwendung der Glieder aus mikrozellularem
Polyurethan die gewünschte Schwingungsisolierungseigenschaft
mit der gewünschten
Steifigkeit zur Übertragung
von Translationskräften
ohne relativ große
Verschiebungen der Karosserie bezüglich des Rahmens.
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Die
Verwendung eines Glieds aus mikrozellularem Polyurethan in einer
Umgebung, in der das Glied sowohl in Vertikal- als auch in Querrichtung Druckkräften ausgesetzt
ist, ist besonders vorteilhaft, da mikrozellulares Polyurethan unter
Komprimierung keine Seitenausbauchung aufweist. Hingegen ist Gummi
mit dem Nachteil behaftet, dass es zu Seitenausbauchung kommt, wenn
Gummi komprimiert wird. Aufgrund der von Gummimaterial erfahrenen Seitenausbauchung
eignet sich Gummi nicht zur Verwendung, wenn das Material sowohl
Vertikal- als auch Querdruckkräften
ausgesetzt ist.
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Weitere
Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung gehen aus der im Folgenden
bereitgestellten ausführlichen
Beschreibung hervor. Es versteht sich jedoch, dass die ausführliche
Beschreibung und die besonderen Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung angeben, aber nur der Veranschaulichung dienen, da
für den
Fachmann aus der ausführlichen
Beschreibung verschiedene Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Gedankens und Schutzbereichs der
Erfindung hervorgehen.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der
beigefügten Zeichnungen
besser verständlich;
es zeigen darin:
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1 eine Querschnittsansicht
einer Karosserielagerausführung
zur Verwendung mit Schwingungsisolationsgliedern aus mikrozellularem
Polyurethan;
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2 eine Querschnittsansicht
einer Karosserielagerausführung
zur Verwendung von Schwingungsisolationsgliedern aus mikrozellularem
Polyurethan;
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3 eine Querschnittsansicht
einer Karosserielagerausführung
zur Verwendung mit Schwingungsisolationsgliedern aus mikrozellularem
Polyurethan;
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4 eine Querschnittsansicht
einer Karosserielagerausführung
zur Verwendung mit Schwingungsisolationsgliedern aus mikrozellularem
Polyurethan.
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Die
in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen
bilden keinen Teil der Erfindung.
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5 ist eine Querschnittsansicht
eines Schwingungsisolationsglieds aus mikrozellularem Polyurethan,
das zwischen einer Innen- und einer Außenwand angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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6 ist eine Spannungs-Dehnungs-Kennlinie
für mikrozellulares
Polyurethan.
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1 zeigt ein Karosserielager 10 zum
Anfügen
einer Fahrzeugkarosserie 12 an einem Fahrzeugrahmen 14.
Das Karosserielager 10 enthält ein erstes allgemein becherförmiges Halteglied 16,
das an der Karosserie 12 befestigt ist. Das Halteglied 16 kann über die
verschiedensten Mittel, einschließlich Schweißen, Nieten,
Schrauben und anderer äquivalenter
Befestigungsmittel, an der Karosserie 12 befestigt sein.
Ein zweites Halteglied 18 ist am Rahmen 14 befestigt.
Das Halteglied 18 kann über
Befestigungsmittel wie zum Beispiel Schrauben, Schweißen, Nieten
und andere äquivalente
Befestigungsmittel am Rahmen 14 befestigt sein. Wie in 1 gezeigt, ist das Halteglied 18 integral
mit dem Rahmen 14 ausgebildet.
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Jedes
der Halteglieder 16, 18 ist allgemein zylindrisch
ausgebildet, wobei der Außendurchmesser
des Halteglieds 18 kleiner ist als der Innendurchmesser
des Halteglieds 16. Das Halteglied 18 ist zumindest
teilweise im Halteglied 16 eingesetzt. Das Halteglied 18 enthält an einem
oberen Teil davon einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch 20. Das
Halteglied 16 ist an einem unteren Teil davon mit einem
sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 22 versehen. Zwischen den Haltegliedern 16, 18 ist ein
Ringglied 24 aus mikrozellularem Polyurethan angeordnet.
Das Ringglied 24 enthält
einen seitlichen Polsterteil 26, der radial zwischen der
Innenwand des äußeren Halteglieds 16 und
der Außenwand
des inneren Halteglieds 18 angeordnet ist. Des Weiteren
enthält
das Ringglied 24 einen vertikalen Polsterteil 28,
der vertikal zwischen dem sich radial nach außen erstreckenden Flansch 22 des äußeren Halteglieds 16 und
dem Rahmen 14 angeordnet ist. Der seitliche Polsterteil 26 und
der vertikale Polsterteil 28 können integral ausgebildet sein,
wie in 1 gezeigt, oder
sie können
als getrennte, unabhängige Teile
vorgesehen werden.
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Das
Karosserielager 10 enthält
eine durch eine in der Karosserie 12 und im äußeren Halteglied 16 vorgesehene Öffnung 32 aufgenommene
Befestigungsschraube 30. Die Schraube 30 enthält einen Kopfteil 36,
der mit einem Schaftteil 38 mit einem Gewindeende 40 zur
Aufnahme einer Mutter 42 verbunden ist. Eine Druckplatte 44 ist
an einer Schraube 30 angebracht. Ein zweites Glied 46 aus
mikrozellularem Polyurethan ist zwischen der Druckplatte 44 und dem
sich radial nach innen erstreckenden Flansch 20 des inneren
Halteglieds 18 vorgesehen.
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Der
seitliche Polsterteil 26 des ersten Ringglieds 24 aus
mikrozellularem Polyurethan ist zur Übertragung axialer und transaxialer
Kräfte
zwischen dem Rahmen 14 und der Karosserie 12 vorgesehen. Das
zweite Ringglied 46 aus mikrozellularem Polyurethan und
der vertikale Polsterteil 28 des ersten Ringglieds 24 aus mikrozellularem
Polyurethan nehmen hingegen Schwingungs- und Translationskräfte in vertikaler Richtung
auf.
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2 zeigt ein Karosserielager 50 zum
Anfügen
einer Fahrzeugkarosserie 52 an einem Fahrzeugrahmen 54.
Das Karosserielager 50 enthält ein an der Karosserie 52 befestigtes
zusammenschnappbares inneres Halteglied 56. Das innere
Halteglied 56 kann durch die verschiedensten Mittel, einschließlich Schweißen, Nieten,
Schrauben und anderer äquivalenter
Befestigungsmittel, an der Karosserie 52 befestigt sein.
Ein äußeres Halteglied 58 ist
am Rahmen 54 befestigt. Das äußere Halteglied 58 kann über Befestigungsmittel
wie zum Beispiel Schrauben, Schweißen, Nieten und andere äquivalente
Befestigungsmittel am Rahmen 54 befestigt sein. Wie in 2 gezeigt, ist das Halteglied 58 mit
dem Rahmen 54 verschweißt. Jedes der Befestigungsglieder 56, 58 ist
allgemein zylindrisch und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, könnte aber
auch eine ovale oder polygonale Form aufweisen, wobei das innere Halteglied 56 einen
Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Halteglieds 58.
Das innere Halteglied 56 ist zumindest teilweise im äußeren Halteglied 58 eingeführt. Das
innere Halteglied 56 enthält einen sich radial nach außen erstreckenden
Flansch 60 an einem oberen Teil davon. Das Halteglied 58 ist
an einem oberen Teil davon mit einem sich radial nach außen erstreckenden
Flansch 62 versehen. Der Querschnitt der Halteglieder wird durch
die gewünschte
Steifigkeit in X- und Y-Richtung bestimmt.
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Ein
Ringglied 64 aus mikrozellularem Polyurethan ist zwischen
den Haltegliedern 56, 58 angeordnet. Das Ringglied 64 stellt
ein seitliches Polster zwischen der Innenwand des äußeren Halteglieds 58 und
der Außenwand
des inneren Halteglieds 56 bereit. Die Ausführung ist
derart, dass das Karosserielager einen starren Körper bildet.
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Das
Karosserielager 50 enthält
eine Befestigungsschraube 66, die durch eine in der Karosserie 52 vorgesehene Öffnung 68 und
eine Öffnung 70 im äußeren Halteglied 56 aufgenommen
wird. Die Schraube 66 enthält einen Kopfteil 70,
der mit einem Schaftteil 72 mit einem Gewindeende 74 zur
Aufnahme einer Druckplatte 76 mit einer Gewindemutter 78 verbunden
ist. Das Ringglied 64 wird zwischen der Druckplatte 76 und
dem Rahmen 54 vertikal gestützt. Ein zweites Ringglied 80 aus
mikrozellularem Polyurethan ist zwischen dem Rahmen 54 und
dem sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 60 des inneren Halteglieds 56 vorgesehen.
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Das
erste Ringglied 64 aus mikrozellularem Polyurethan ist
zur Übertragung
axialer und transaxialer Kräfte
zwischen dem Rahmen 54 und der Karosserie 52 vorgesehen.
Das erste und das zweite Ringglied 64, 80 aus
mikrozellularem Polyurethan nehmen hingegen Schwingungs- und Translationskräfte in Vertikalrichtung
auf.
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3 zeigt ein Karosserielager 90 zum
Anfügen
einer Fahrzeugkarosserie 92 an einem Fahrzeugrahmen 94.
Das Karosserielager 90 enthält ein an der Karosserie 92 angebrachtes
zusammenschnappbares inneres Halteglied 96. Das innere
Halteglied 96 kann durch die verschiedensten Mittel, einschließlich Schweißen, Nieten,
Schrauben und anderer äquivalenter
Befestigungsmittel, an der Karosserie 92 befestigt werden.
Ein äußeres Halteglied 98 ist am
Rahmen 94 befestigt. Das äußere Halteglied 98 ist
durch mehrere Zapfen 100, die in im Rahmen 94 vorgesehene Öffnungen 102 eingesteckt
sind, am Rahmen 94 befestigt. Jedes der Halteglieder 96, 98 ist
allgemein zylindrisch ausgebildet, wobei das innere Halteglied 96 einen
Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Halteglieds 98.
Das innere Halteglied 96 ist zumindest teilweise im Halteglied 98 eingesetzt.
Das innere Halteglied 96 enthält an einem oberen Teil davon
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 104.
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Das äußere Halteglied 98 ist
an einem oberen und einem unteren Teil davon mit einem sich radial
nach außen
erstreckenden Flansch 106 versehen. Ein erstes Ringglied 108 aus
mikrozellularem Polyurethan ist zwischen den Haltegliedern 96, 98 angeordnet.
Das Ringglied 108 ist zwischen der Innenwand des äußeren Halteglieds 98 und
der Außenwand
des inneren Halteglieds 96 angeordnet. Ein zweites Ringglied 110 aus
mikrozellularem Polyurethan ist zwischen dem sich radial nach außen erstreckenden
Flansch 104 des inneren Halteglieds 96 und dem
Rahmen 94 angeordnet.
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Das
Karosserielager 90 enthält
eine durch eine in der Karosserie 92 vorgesehene Öffnung 114 und
eine im inneren Halteglied 96 vorgesehene Öffnung 116 aufgenommene
Befestigungsschraube 112. Die Schraube 112 enthält einen
Kopfteil 118, der mit einem Schaftteil 120 mit
einem Gewindeende 122 zur Aufnahme einer Druckplatte 124,
die einen integralen Mutternteil 126 aufweist, verbunden
ist. Ein drittes Glied 128 aus mikrozellularem Polyurethan
ist zwischen der Druckplatte 124 und dem unteren sich radial
nach außen
erstreckenden Flansch 106 des äußeren Halteglieds 98 vorgesehen.
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Das
erste Ringglied 108 aus mikrozellularem Polyurethan ist
zur Übertragung
von axialen und transaxialen Kräften
zwischen dem Rahmen 94 und der Karosserie 92 vorgesehen.
Das zweite und das dritte Ringglied 100, 128 aus
mikrozellularem Polyurethan nehmen indessen Schwingungs- und Translationskräfte in Vertikalrichtung
auf.
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4 zeigt ein Karosserielager 140 zum
Anfügen
einer Fahrzeugkarosserie 142 an einem Fahrzeugrahmen 144.
Das Karosserielager 140 enthält ein an der Karosserie 142 befestigtes
zusammenschnappbares inneres Halteglied 146. Das innere Halteglied 146 kann
durch die verschiedensten Mittel, einschließlich Schweißen, Nieten,
Schrauben und anderer äquivalenter
Befestigungsmittel, an der Karosserie 142 befestigt sein.
Ein äußeres Halteglied 148 ist
am Rahmen 144 befestigt. Das äußere Halteglied 148 enthält einen
oberen Teil 150 mit mehreren Zapfen 152 und einen
unteren Teil 154 mit mehreren Aussparungen 156,
die durch Einsetzen der Zapfen 152 durch im Rahmen 144 ausgebildete Öffnungen 158 und
in Aussparungen 156 zusammengeschnappt werden. Jedes der
Halteglieder 146, 148 ist allgemein zylindrisch
ausgebildet, wobei der Außendurchmesser
des inneren Halteglieds 146 kleiner ist als der Innendurchmesser
des äußeren Halteglieds 148.
Das innere Halteglied 146 ist zumindest teilweise im äußeren Halteglied 148 eingesetzt.
Das innere Halteglied 146 enthält an einem oberen Teil davon
einen sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 160. Das äußere Halteglied 148 ist
an einem oberen und an einem unteren Ende davon mit sich radial nach
innen erstreckenden Flanschen 162 bzw. 164 versehen.
Ein Ringglied 168 aus mikrozellularem Polyurethan ist zwischen
den Haltegliedern 146, 148 angeordnet. Das Ringglied 168 ist
zwischen der Innenwand des äußeren Halteglieds 148 und
der Außenwand
des inneren Halteglieds 146 angeordnet.
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Das
Karosserielager 140 enthält eine durch eine in der Karosserie 142 vorgesehene Öffnung 172 und
eine im äußeren Halteglied 148 vorgesehene Öffnung 174 aufgenommene
Befestigungsschraube 170. Die Schraube 170 enthält einen
Kopfteil 176, der mit einem Schaftteil 178 mit
einem Gewindeende 180 zur Aufnahme einer einen integralen
Mutternteil 184 aufweisenden Druckplatte 182 verbunden
ist. Ein zweites Glied 186 aus mikrozellularem Polyurethan ist
zwischen der Druckplatte 182 und einem sich radial nach
innen erstreckenden Flansch 164 am unteren Ende des äußeren Halteglieds 148 vorgesehen. Ein
drittes Glied 188 aus mikrozellularem Polyurethan ist zwischen
dem sich radial nach innen erstreckenden Flansch 162 am
oberen Ende des äußeren Halteglieds 148 und
dem sich radial nach außen
erstreckenden Flansch 160 des inneren Halteglieds 146 angeordnet.
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Das
erste Ringglied 168 aus mikrozellularem Polyurethan ist
zur Übertragung
axialer und transaxialer Kräfte
zwischen dem Rahmen 144 und der Karosserie 142 vorgesehen.
Das zweite und das dritte Ringglied 186, 188 aus
mikrozellularem Polyurethan nehmen indessen Schwingungs- und Translationskräfte in Vertikalrichtung
auf.
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Bezüglich jeder
der oben beschriebenen Ausführungsformen
sollte es auf der Hand liegen, dass das innere Halteglied entweder
am Fahrzeugrahmen oder an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden
könnte,
während
das äußere Halteglied
an dem jeweils anderen Element, dem Fahrzeugrahmen oder der Fahrzeugkarosserie,
befestigt werden würde.
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Die
Ringglieder sind vorzugsweise aus mikrozellularem Polyurethan hergestellt.
Mikrozellulares Polyurethan ist von der BASF Corporation mit Sitz
in Wyandotte, Michigan, unter dem Namen ELASTOCELL, im Handel erhältlich.
Mikrozellulares Polyurethan besitzt die wünschenswerte Eigenschaft, dass
es bei Komprimierung keine große
Seitenausbauchung aufweist. Durch die Verwendung von mikrozellularem
Polyurethan werden Vorteile geboten, die bei Verwendung anderer
Materialien nicht erhalten werden. Mikrozellulares Polyurethan eignet sich
besonders gut zur radialen Verwendung zwischen zwei Haltegliedern,
wo sowohl vertikale als auch radiale Druckkräfte auf das Ringglied ausgeübt werden.
zum Beispiel ist die Spannungs-Dehnungs-Kennlinie von mikrozellularem Polyurethan nicht
linear und bietet deshalb eine „weiche" Verbindung unter geringen Schwingungsbelastungen,
wie durch Bereich „A" von Linie X der
in 6 gezeigten Kennlinie
dargestellt. Unter höheren
Belastungen bietet das mikrozellulare Polyurethan eine „steife" Verbindung, wie
durch Bereich „B" der Kennlinie dargestellt.
Hingegen weist Gummi seiner Beschaffenheit nach eine allgemein lineare
Kennlinie auf, wie durch die Linie y von 6 gezeigt. Demgemäß eignet sich Gummi nicht zur
Bereitstellung sowohl einer weichen Verbindung unter geringen Belastungen
als auch einer steifen Verbindung unter hohen Belastungen.
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Das
innere und das äußere Halteglied
können
aus Metall, wie zum Beispiel Stahl oder Aluminium, oder aus Kunststoff,
wie zum Beispiel glassfaserverstärktem
Polyamid oder Propylen, bestehen. Das innere und das äußere Halteglied
sollten eine ausreichende Festigkeit und Härte aufweisen, den zwischen
der Fahrzeugkarosserie und dem Fahrzeugrahmen ausgeübten Kräften zu
widerstehen. Wenn Kunststoffmaterialien verwendet werden, kann das Gewicht
des Karosserielagers auf ein Minimum reduziert werden, und die Kosten
können
verringert werden.
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Um
eine vergrößerte Weichheit
in den Ringgliedern zu erhalten sind die Ringglieder mit vorragenden
Teilen, wie zum Beispiel sich von einer zylindrischen Innenwand 202 des
Ringglieds 204 erstreckenden inneren Rippen 200,
versehen, wie in 5 gezeigt.
Die inneren Rippen 200 dienen als anfängliches weiches Polster zur
Dämpfung
geringer Schwingungs- und Translationskräfte.
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Gemäß der soeben
beschriebenen Erfindung ist offensichtlich, dass sie sich auf vielerlei
Weise variieren lässt.
Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich
der Erfindung zu betrachten, und alle solche Modifikationen sollen
im Schutzbereich der folgenden Ansprüche mit enthalten sein, wie
für einen
Fachmann auf der Hand liegen würde.