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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Lager gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art und ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Lagers gemäß Patentanspruch 8.
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In der Fahrzeugindustrie sind häufig Lager als einfache Gummibuchsen mit einem Innenkern, einer Außenhülse, beziehungsweise einem Außenrohr, und einem dazwischen angeordneten elastomeren Lagerkörper im Einsatz. Zur Unterstützung der Dämpfungswirkung des elastomeren Lagerkörpers sind hydraulische Dämpfungsverfahren bekannt, die eine wesentliche Komfortsteigerung bedeuten können. Diese Hydrolager weisen wenigstens zwei in dem Lagerkörper ausgebildete Fluidkammern auf, welche mit einem viskosen Dämpfungsmittel gefüllt und jeweils durch mindestens einen Kanal strömungsleitend miteinander verbunden sind. Hinsichtlich der Gestaltung der Hydrolager muss sichergestellt sein, dass das Lager dicht ist und das viskose Dämpfungsmittel nicht austreten kann. Hierfür weisen Hydrolager Dichtungen auf.
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Aus der
WO 2018/ 048 743 A1 ist ein Hydrolager bekannt, das ein zwischen einem Innenkern und einer dem Innenkern umgreifenden Außenhülse einen elastomeren Lagerkörper umfasst. Der Lagerkörper weist eine obere Fluidkammer auf, die strömungsleitend mit einer unteren Fluidkammer verbunden ist. Am Lagerkörper ist zwischen den beiden Fluidkammern eine Montageplatte angeordnet. Um einen Flüssigkeitsaustritt aus dem Hydrolager zu verhindern, sind an der Montageplatte und/oder der Außenhülse Dichtungen angeordnet.
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Die
DE 10 2008 028 115 A1 beschreibt ein Lager, das einen Innenkern, eine den Innenkern umgebende Außenhülse und einen zwischen Innenkern und Außenhülse angeordneten Lagerkörper umfasst, wobei an zumindest einer Stirnseite des Lagers ein Dichtelement angeordnet ist, das zur sicheren Abdichtung des Lagers gegenüber der Umgebung dient. Das Dichtelement liegt flächig am Innenumfang der Außenhülse und am Außenumfang des Innenkerns an, wobei es sich insbesondere auf die Stirnseite des Innenkerns erstrecken kann. Das Dichtelement kann insbesondere an der Dichtfläche profiliert ausgebildet sein.
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Die
EP 1 291 549 A1 beschreibt ein Hydrolager, welches aus einem zylindrischen Innenkern, einem den Innenkern umgebenden elastomeren Lagerkörper und einer den Innenkern mit dem Lagerkörper aufnehmenden Außenhülse besteht, wobei in dem Lagerkörper zwei mit einem viskosen Fluid gefüllte, strömungsleitend miteinander verbundene Fluidkammern angeordnet sind. Die Fluidkammern sind gegen ein Austreten des Fluids durch an den axialen Enden des Hydrolagers ausgebildete Dichtlippen abgedichtet, wobei zwischen den Dichtlippen ein von den Fluidkammern und einem sie verbindenden Kanal getrennt angeordnetes Volumen ausgebildet ist, das mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllt ist.
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Bei diesem Hydrolager ist es jedoch erforderlich, in den Volumina zwischen den Dichtlippen und den Fluidkammern dieselbe Flüssigkeit zu verwenden, um ein Eindringen von Luft, die über Ausnehmungen an der axial inneren Dichtlippe in die Fluidkammern eintreten kann und die Funktion des Hydrolagers beeinträchtigt, zu vermeiden. Um eine wesentlich bessere Dichtwirkung und Dauerhaltbarkeit zu erzielen, ist in der
DE 10 2005 054 852 A1 vorgeschlagen, in den Volumina zwischen den Dichtlippen jeweils eine aushärtende, nach dem Aushärten elastische Eigenschaften aufweisende Flüssigkeit einzufüllen.
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Ein gattungsgemäßes, sämtliche Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 aufweisendes hydraulisches Lager ist aus der
US 2016 / 0 047 414 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein hydraulisch dämpfendes Lager der im Patentanspruch 1 angegebenen Art derart weiter zu bilden, dass eine Fluidkammer gegenüber einem radial äußeren, innerhalb des Lagers angeordneten Bauteil abgedichtet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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In bekannter Art und Weise weist ein hydraulisches Lager, auch Hydrolager genannt, einen Innenkern, eine den Innenkern umgebende Außenhülse und einen zwischen dem Innenkern und der Außenhülse angeordneten Lagerkörper auf. Herkömmlicherweise ist der Lagerkörper aus einem Elastomer gebildet, wodurch er als Tragkörper zur Aufnahme statischer Vorlasten geeignet ist.
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Zwischen dem Innenkern und der Außenhülse sind zumindest eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammern angeordnet, die über einen Strömungskanal miteinander verbunden sind. Der Strömungskanal kann beispielsweise von einem Einleger des Lagers ausgebildet sein. Der Einleger kann insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt sein. Bei der Aufbringung einer äußeren Kraft auf ein hydraulisches Lager wird ein dämpfendes Fluid von der jeweils einen Fluidkammer über den Strömungskanal in die jeweils andere Fluidkammer gepresst. Dabei ist es wichtig, dass die Fluidkammern sowohl zueinander als auch an ihren Grenzen gut abgedichtet sind.
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Die erste Fluidkammer weist eine erste Fluidkammerwand auf und die zweite Fluidkammer weist eine zweite Fluidkammerwand auf. Die Fluidkammerwände dienen zur Trennung der Fluidkammern voneinander oder zur Trennung einer Fluidkammer von anderen Bereichen des Lagers. Die erste und die zweite Fluidkammerwand erstrecken sich vom Innenkern des Lagers radial in Richtung Außenhülse. An ihrem zum Innenkern distalen Umfang sind die erste und die zweite Fluidkammerwand jeweils mittels eines Dichtelements gegen ein Bauteil des Lagers, beispielsweise der Außenhülse, abgedichtet, um einen Austritt des Fluids zu verhindern. Dabei kann das Dichtelement eine Fluidkammerwand beispielsweise stoffschlüssig mit dem Bauteil des Lagers verbinden. Die Fluidkammerwand kann z. B. über einen Vulkanisationsprozess mit einem Bauteil des Lagers verbunden sein. Herkömmlicherweise werden die axialen Enden der Außenhülse in den Kontaktbereichen zum Dichtelement auf einen geringeren Durchmesser eingeengt oder beispielsweise durch einen Rollier- oder Bördelvorgang umgeformt, so dass eine Dichtigkeit sowie eine Dauerhaltbarkeit des Lagers ermöglicht ist.
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Dabei ist die erste Fluidkammerwand durch eine formschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen Dichtelement gegenüber einem Bauteil des Lagers abgedichtet. So sind das Dichtelement und die erste Fluidkammerwand über ihre jeweiligen Formschlussflächen fluiddicht gegenüber dem Bauteil des Lagers miteinander verbunden, wobei die Formschlussflächen am zum Innenkern distal angeordneten Umfang der Fluidkammerwand angeordnet sind.
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Zudem ist das mit der ersten Fluidkammerwand verbundene Dichtelement als ein Elastomeransatz ausgebildet, der über einen Vulkanisationsprozess mit einem Bauteil des Lagers verbunden ist. Der Elastomeransatz ist an einem innerhalb des Lagers angeordneten, radial äußeren Bauteil anvulkanisiert. Er kann beispielsweise an einem Bauteil, das am Innenumfang der Außenhülse angeordnet ist, anvulkanisiert sein, oder er kann am Innenumfang der Außenhülse anvulkanisiert sein.
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Der Elastomeransatz ist mittels eines Vulkanisationsprozesses mit dem Bauteil fluiddicht verbunden. Das ursprünglich plastische Ausgangsmaterial des Elastomeransatzes geht durch den Vulkanisierungsprozess in einen gummielastischen Zustand über, so dass der Elastomeransatz eine hohe Dehnfähigkeit, Reißfestigkeit und hohes Rückfederungsvermögen aufweist. Dabei ermöglicht der Elastomeransatz eine Abdichtung der ersten Fluidkammerwand gegenüber einem radial äußeren Bauteil des Lagers indem er stoffschlüssig mit dem Bauteil des Lagers und formschlüssig mit der ersten Fluidkammerwand verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist der Elastomeransatz durch die erste Fluidkammerwand übergriffen. Dazu kann die erste Fluidkammerwand beispielsweise eine in Umfangrichtung ausgebildete Aussparung aufweisen, die mit Aufnahmen ausgebildet ist, wobei die Aufnahmen zum Übergreifen des Elastomeransatzes konzipiert sind. Die Aufnahmen nehmen den Elastomeransatz auf und umschließen ihn zumindest teilweise. Dabei können die Aufnahmen der Fluidkammerwand ein Profil mit Formelementen aufweisen, die den Elastomeransatz formschlüssig übergreifen. Die erste Fluidkammerwand kann insbesondere im Querschnitt an ihrem radial äußeren Umfang mit Stegen ausgebildet sein, die sich in axiale Längsrichtung des Lagers in Richtung Elastomeransatz erstrecken und diesen im zusammengebauten Lager übergreifen und sich mittels eines Formschlusses mit ihm verbinden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil als ein Einleger des Lagers ausgebildet, der den Strömungskanal bildet. Der Einleger ist innenumfangseitig im Lager angeordnet und erstreckt sich in axialer Längsrichtung des Lagers. Er verbindet die erste und die zweite Fluidkammer strömungsleitend.
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Der Einleger kann insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt sein und weist innerhalb des Lagers in Richtung erster Fluidkammer eine Stirnseite auf, an welcher der Elastomer angeordnet ist.
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Alternativ kann das Bauteil des Lagers als ein Verstärkungselement des Lagers ausgebildet sein. Es kann beispielsweise als ein Stützkörper, eine verstärkende Verrippung, ein in den Lagerkörper eingebrachtes verstärkendes Fensterrohr oder als ein verstärkender Kunststoffkäfig ausgebildet sein. Weiterhin kann das Bauteil eine Montageplatte des Lagers bilden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elastomeransatz beabstandet zu einem jeweiligen axialen Ende der Außenhülse innerhalb des Lagers angeordnet. Der Elastomeransatz ist beabstandet zu einer jeweiligen Stirnseite des Lagers innerhalb des Lagers beispielsweise an einem innenumfangseitig angeordneten Bauteil oder an der Außenhülse angeordnet. In vorteilhafter Weise ist eine Abdichtung der ersten Fluidkammer innerhalb des Lagers ermöglicht, ohne ein Verformen der Außenhülse durch Clinchen / Rollieren / Umbördeln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Elastomeransatz als ein in Umfangrichtung des Lagers geschlossenes Element ausgebildet, das sich in axiale Längsrichtung des Lagers erstreckt. Der Elastomeransatz ist innerhalb des Lagers als ein geschlossenes ringförmiges Element ausgebildet, das in Umfangrichtung des Lagers an einem Bauteil des Lagers angeordnet ist. Dabei weist das Bauteil eine radial ausgebildete Fläche oder Stirnseite oder Schulter auf, an die der Elastomeransatz anvulkanisiert ist. Der Elastomeransatz bildet eine sich in axiale Längsrichtung des Lagers erstreckende Erhebung aus. Der Elastomeransatz ist gegenüber dem Bauteil erhöht und bildet ein Profil, das hervorsteht. So erstreckt sich der Elastomeransatz in Axialrichtung weg von dem Bauteil mit dem er stoffschlüssig verbunden ist.
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Vorzugsweise weist der Elastomeransatz durch das Übergreifen der Fluidkammerwand eine Hinterschnittigkeit auf. Der Elastomeransatz weist insbesondere einen größeren maximalen Außendurchmesser auf als eine Öffnung der Aussparung der Fluidkammerwand. Aufgrund seines elastischen Materials weist der Elastomeransatz eine hohe Dehn- und Reißfestigkeit auf, wodurch er sich zur Überpressung durch die Fluidkammerwand eignet. Durch das Übergreifen der Fluidkammerwand passt sich der gummi-elastische Elastomeransatz gegenüber den Aufnahmen der Fluidkammerwand an, um eine korrespondierende Komplementärform aufzuweisen. Der übergriffene Elastomeransatz kann beispielsweise eine zapfenförmige oder spherische Geometrie aufweisen. So weist der durch die Fluidkammerwand übergriffene Elastomeransatz im Querschnitt eine Hinterschnittigkeit auf, über die er formschlüssig mit der Fluidkammerwand verbunden ist.
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Über ihre jeweiligen Formschlussflächen sind der Elastomeransatz und die Fluidkammerwand miteinander verkämmt. Dadurch ist ein Weg eines abzudichtenden Spalts zwischen der Fluidkammerwand und dem im Inneren des Lagers angeordneten Bauteil verlängert. Ähnlich wie bei einer Labyrinthdichtung ist durch das formschlüssige Ineinandergreifen des Elastomeransatzes und der Fluidkammerwand der Strömungswiderstand des abzudichtenden Spalts wesentlich erhöht, wodurch eine erhöhte Dichtwirkung erzielt ist. Durch die Labyrinth-bildende formschlüssige Verbindung des Dichtelements mit der Fluidkammerwand ist innerhalb des Lagers eine verbesserte Dichtigkeit gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Lagers der oben beschriebenen Art. Zunächst werden der Innenkern und die Außenhülse separat hergestellt. Anschließend erfolgt die Verbindung des Innenkerns mit dem Lagerkörper. Das kann mittels eines Vulkanisationsprozesses in bekannter Weise erfolgen. Ein Elastomeransatz wird an ein innenumfangseitiges Bauteil des Lagers anvulkanisiert. Anschließend wird der mit dem Lagerkörper verbundene Innenkern zusammen mit inneren Bauteilen des Lagers zu einer Baugruppe zusammengefügt. Danach wird die Baugruppe in der Außenhülse vormontiert.
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Vorzugsweise wird der Elastomeransatz beim Vormontieren der Baugruppe in der Außenhülse durch eine erste Fluidkammerwand des hydraulischen Lagers formschlüssig übergriffen. Der Elastomeransatz ist in vorteilhafter Weise ein biegsames Element, das sich aufgrund seiner Dehnbarkeit und Reißfestigkeit zur Überpressung durch die erste Fluidkammerwand eignet. Die erste Fluidkammerwand ist mittels Aufnahmen dazu konzipiert den Elastomeransatz zu übergreifen, um sich formschlüssig mit ihm zu verbinden. Dazu weist die erste Fluidkammerwand beispielsweise Stege auf, die über ein hervorstehendes Profil des Elastomeransatzes gedrückt werden. Durch das gummi-elastische Material des Elastomeransatzes passt sich das Profil des Elastomeransatzes an das Profil der Aufnahmen oder Stege an. So weist der übergriffene Elastomeransatz eine zum Profil der Aufnahme korrespondierende Form auf. Im Querschnitt betrachtet weist der Elastomerasnatz eine Hinterschnittigkeit auf, und ein Formschluss wird zwischen dem Elastomeransatz und der ersten Fluidkammerwand gebildet. Durch die formschlüssige Verbindung wird ein Labyrinth gebildet, das einen Weg eines Spalts zwischen dem Elastomeransatz und der ersten Fluigkammerwand verlängert und zu einer verbesserten Dichtigkeit des Lagers gegenüber dem Stand der Technik führt.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Zeichnung bedeutet:
- 1 ein erfindungsgemäßes hydraulisches Lager in einer axial geschnittenen Darstellung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen axialen Längsschnitt eines insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten hydraulischen Lagers.
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Das hydraulische Lager 10 weist einen Innenkern 12, eine Außenhülse 14 und ein zwischen Innenkern 12 und Außenhülse 14 angeordneten elastomeren Lagerkörper 16 auf. Der Innenkern 12 und die Außenhülse 14 können jeweils aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein. Der Lagerkörper 16 ist herkömmlicherweise an den Innenkern 12 vulkanisiert.
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Vorliegend umfasst das Lager 10 mindestens eine erste Fluidkammer 18 sowie eine zweite Fluidkammer 19, die mit einem viskosen Fluid gefüllt sind und über einen Strömungskanal 28 miteinander verbunden sind. Der Strömungskanal 28 ist vorliegend in einem Einleger 30 des Lagers ausgebildet, wobei der Einleger 30 innenumfangseitig im Lager 10 angeordnet ist. Der Einleger 30 kann beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Die erste Fluidkammer 18 weist vorliegend eine erste Fluidkammerwand 20 und die zweite Fluidkammer 19 eine zweite Fluidkammerwand 21 auf. Die erste Fluidkammerwand 20 und die zweite Fluidkammerwand 21 weisen jeweils an ihrem zum Innenkern 12 distal angeordneten Umfang ein Dichtelement 22, 23 auf, das zur Trennung der Fluidkammern 18, 19 voneinander bzw. von anderen Bereichen des Lagers 10 dient. In bekannter Weise sind die zweite Fluidkammerwand 21 und der Einleger 30 durch einen Vulkanisationsprozess stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß ist die erste Fluidkammerwand 20 über eine formschlüssige Verbindung mit dem jeweiligen Dichtelement 22 gegenüber einem Bauteil des Lagers 10 abgedichtet. Vorliegend ist das Dichtelement 22 beabstandet zu den jeweiligen Stirnseiten des Lagers 10 als ein Elastomeransatz 24 an den Einleger 30 vulkanisiert. Der Elastomeransatz 24 ist als ein in Umfangrichtung des Lagers 10 ringförmiges Element ausgebildet, das sich in axiale Längsrichtung AR des Lagers 10 erstreckt. Der Elastomeransatz 24 ragt als Erhebung vom Einleger in Axialrichtung AR des Lagers 10 weg.
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Der Elastomeransatz 24 ist durch die erste Fluidkammerwand 20 übergriffen. Insbesondere weist die erste Fluidkammerwand 20 vorliegend Aufnahmen 26 auf, die den Elastomeransatz 24 aufnehmen und zumindest teilweise umschließen. Im Querschnitt betrachtet, ist die erste Fluidkammerwand 20 an ihrem radial äußeren Umfang mit Stegen 26 ausgebildet, die sich in axiale Längsrichtung AR des Lagers 10 in Richtung Elastomeransatz 24 erstrecken und diesen im zusammengebauten Lager 10 übergreifen.
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Beim Vormontieren des Lagers 10 wird der Innenkern 12 mit dem Lagerkörper 16 und anderen Bauteilen des Lagers 10 zu einer Baugruppe vereinigt, über die die Außenhülse 14 geschoben wird. Dabei wird der mit dem Einleger 30 verbundene Elastomeransatz 24 an die Fluidkammerwand 20 gedrückt. Der Elastomeransatz 24 weist aufgrund seines elastischen Materials eine hohe Dehn- und Reißfestigkeit auf, wodurch er sich zur Überpressung durch die erste Fluidkammerwand 20 eignet. Der Elastomeransatz 24 weist einen größeren Außendurchmesser auf als eine Öffnung zwischen den Aufnahmen 26, die vorliegend als Stege 26 ausgebildet sind. Die Stege 26 weisen Formelemente auf, die bei der Vormontage den Elastomeransatz 24 umgreifen. Durch das Übergreifen der Fluidkammerwand 20 bildet der dehnbare, gummi-elastische Elastomeransatz 24 eine korrespondierende Komplementärform gegenüber den Formelementen der Aufnahmen 26. So ist der Elastomeransatz 24 vorliegend im Wesentlichen sphärisch ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass der Elastomeransatz 24 durch das Übergreifen der Aufnahmen 26 der Fluidkammerwand 20 eine zapfenförmige Geometrie aufweist. Dabei weist der Elastomeransatz 24 im Querschnitt eine Hinterschnittigkeit auf, so dass er formschlüssig mit der Fluidkammerwand 20 verbunden ist.
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Die Ausbildung der Hinterschnittigkeit des Elastomeransatzes 24 ermöglicht, dass der Elastomeransatz 24 und die erste Fluidkammerwand 20 über ihre jeweiligen Formschlussflächen ineinander greifen und miteinander verkämmt sind. Dadurch ist ein Weg eines abzudichtenden Spalts zwischen der ersten Fluidkammerwand 20 und dem im Inneren des Lagers angeordneten Bauteil, vorliegend dem Einleger 30, verlängert. Ähnlich wie bei einer Labyrinthdichtung ist durch das formschlüssige Ineinandergreifen des Elastomeransatzes 24 und der ersten Fluidkammerwand 20 der Strömungswiderstand des abzudichtenden Spalts wesentlich erhöht, wodurch das Dichtelement 22 eine erhöhte Dichtwirkung aufweist. Durch die Labyrinth-bildende formschlüssige Verbindung des Dichtelements 22 mit der Fluidkammerwand ist innerhalb des Lagers eine verbesserte Dichtigkeit gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht.