DE102009014923A1 - Zweireihiges Kegelrollenlager, insbesondere zur Lagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Kegelrollenlager mit einem Außenring (1), dessen Außendurchmesser wenigstens 1 Meter beträgt, einem ersten Innenring (2) und einem zweiten Innenring (3), der axial neben dem ersten Innenring (2) angeordnet ist. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Kegelrollenlager einen Satz von kegelig ausgebildeten ersten Wälzkörpern (4), die zwischen dem Außenring (1) und dem ersten Innenring (2) abrollen und einen Satz von kegelig ausgebildeten zweiten Wälzkörpern (5) auf, die axial neben den ersten Wälzkörpern (4) angeordnet sind und zwischen dem Außenring (1) und dem zweiten Innenring (3) abrollen. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers besteht darin, dass axial neben dem Außenring (1) ein erster Dichtring (11) angeordnet ist, der drehfest mit dem Außenring (1) verbunden ist und berührend an einer Anlauffläche (16) des ersten Innenrings (2) anläuft.
Description
- Die Erfindung betrifft ein zweireihiges Kegelrollenlager, das als ein Großlager ausgebildet ist und eine Windenergieanlage mit einem derartigen Kegelrollenlager.
- Als Großlager werden im folgenden Lager bezeichnet, die einen Außenring mit einem Durchmesser von wenigstens einem Meter aufweisen. Es können auch andere Kriterien und insbesondere auch andere Durchmesser-Werte für die Definition von Großlagern herangezogen werden. Entscheidend ist jedenfalls, dass es sich um Lager handelt, die deutlich größer sind als solche, die üblicherweise in Alltagsanwendungen, wie beispielsweise bei Pkws eingesetzt werden und einen Außendurchmesser von einigen Zentimetern aufweisen.
- Bei der Konstruktion eines Großlagers ist ein reines Hochskalieren der Lagergeometrie ausgehend von einem bekannten „kleinen” Lager in der Regel nicht sinnvoll, da bei Großlagern häufig andere Kriterien wie beispielsweise das Gewicht, der für die Herstellung erforderliche Materialeinsatz, der Montageaufwand, Reparaturmöglichkeiten usw. in den Vordergrund treten. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 058 905 A1 ein Großlager mit einem Innenring und einem Außenring bekannt, die in Umfangsrichtung jeweils aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sind. Durch die Segmentierung wird beispielsweise erreicht, dass beim Auftreten eines Lagerschadens ein Austausch des Lagers ohne einen Ausbau der gelagerten Welle möglich ist. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem moderaten Materialeinsatz ein qualitativ hochwertiges und zuverlässiges Großlager auszubilden.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
- Das erfindungsgemäße Großlager ist als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet, das einen Außenring aufweist, dessen Außendurchmesser wenigstens 1 Meter, vorzugsweise wenigstens 1,5 Meter, beträgt sowie einen ersten Innenring und einen zweiten Innenring, der axial neben dem ersten Innenring angeordnet ist. Weiterhin weist das Kegelrollenlager einen Satz von kegelig ausgebildeten ersten Wälzkörpern, die zwischen dem Außenring und dem ersten Innenring abrollen und einen Satz von kegelig ausgebildeten zweiten Wälzkörpern auf, die axial neben den ersten Wälzkörper angeordnet sind und zwischen dem Außenring und dem zweiten Innenring abrollen. Das Kegelrollenlager zeichnet sich dadurch aus, dass axial neben dem Außenring ein erster Dichtring angeordnet ist, der drehfest mit dem Außenring verbunden ist und berührend an einer Anlauffläche des ersten Innenrings anläuft. Insbesondere ist der erste Dichtring vollständig axial neben dem Außenring angeordnet.
- Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Außenring axial sehr schmal ausgebildet werden kann und dadurch vergleichweise wenig Material für die Herstellung des Außenrings benötigt wird und dennoch eine zuverlässige Abdichtung des Kegelrollenlagers erreicht wird. Mit der Materialersparnis geht auch eine Gewichtsersparnis einher. Angesichts des größeren Durchmessers wirkt sich eine Reduzierung der axialen Breite beim Außenring im Hinblick auf die erzielbare Materialersparnis wesentlich stärker aus als bei den Innenringen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Risiko einer Beschädigung des Dichtrings bei der Montage des Kegelrollenlagers relativ gering ist.
- Der erste Innenring und der zweite Innenring können zwar auch einteilig als ein gemeinsames Ringteil ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführung als zwei separate Teile, die beispielsweise Vorteile bei der Montage des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers bieten.
- Axial neben dem Außenring kann ein zweiter Dichtring vorhanden sein, der drehfest mit dem Außenring verbunden ist und berührend an einer Anlauffläche des zweiten Innenrings anläuft. Auf diese Weise ist eine vollständige Abdichtung des Kegelrollenlagers möglich
- Die erste Anlauffläche kann zylinderförmig ausgebildet sein. Dadurch lassen sich auch bei axialen Toleranzen definierte Anlaufbedingungen für den Dichtring sicherstellen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Anlauffläche an einer Schulter des ersten Innenrings ausgebildet ist. Der erste Innenring ist in der Regel ohnehin aus einem geeigneten, d. h. ausreichend harten, Material hergestellt und mit hoher Präzision gefertigt. Insbesondere ist die erste Anlauffläche drallfrei geschliffen. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Oberflächenqualität bei sehr kleinen Form- und Maßabweichungen sicherstellen. Dies gewährleistet einen einwandfreien Rundlauf und weitestgehend reduzierten Verschleiß.
- Der erste Dichtring kann an einem ersten Haltering befestigt sein. Der erste Haltering kann am Außenring befestigt sein. Auf diese Weise lässt sich mit einem geringen Aufwand ein zuverlässiger Sitz des ersten Dichtrings erreichen. Insbesondere kann der erste Haltering mittels Schrauben am Außenring befestigt sein, die zudem der Befestigung des Außenrings in einer Einbauumgebung dienen. Diese Variante hat den Vorteil, dass für die Befestigung des ersten Dichtrings keine zusätzlichen Schrauben benötigt werden.
- Weiterhin ist es möglich, dass der erste Dichtring und der erste Haltering einteilig ausgebildet sind. Dadurch kann die Zahl der einzeln zu handhabenden Bauteile reduziert werden. Insbesondere können der erste Dichtring und der erste Haltering aus dem gleichen Material bestehen. Dies stellt eine besonders effiziente und kostengünstige Variante für die Realisierung des ersten Dichtrings dar. Ein derart ausgebildeter Dichtring kann zudem Axialbohrungen für die Befestigung des Dichtrings am Außenring aufweisen.
- Der erste Dichtring kann wenigstens eine Dichtlippe aufweisen. Die Dichtlippe kann beispielsweise durch spanende Bearbeitung hergestellt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Dichtlippe spritztechnisch oder durch Vulkanisieren hergestellt ist.
- Der Außenring und/oder der erste Innenring und/oder der zweite Innenring können als in Umfangsrichtung geschlossener Ring ausgebildet sein. Dadurch lassen sich eine hohe mechanische Stabilität und ein gutes Abrollverhalten der Wälzkörper auf den Laufbahnen erzielen.
- Die ersten Wälzkörper können in einem ersten Käfig angeordnet sein. Insbesondere kann der erste Käfig segmentiert ausgebildet sein. Dies reduziert die Gefahr einer mechanischen Überbeanspruchung des Käfigs und ermöglicht die Einplanung einer thermischen Ausdehnung.
- Der erste Dichtring kann beispielsweise aus Polyurethan oder aus Polytetrafluorethylen gefertigt sein. Diese Materialien eignen sich insbesondere dann, wenn eine hohe Formstabilität angestrebt wird.
- Das Kegelrollenlager kann ein Fett als Schmierstoff aufweisen. Damit lässt sich eine zuverlässige Schmierung erreichen.
- Das Kegelrollenlager kann insbesondere als eine Komponente einer Windenergieanlage ausgebildet sein.
- Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Windenergieanlage mit einer Rotorwelle, die mit dem erfindungsgemäßen Kegelrollenlager drehbar gelagert ist.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
- Es zeigen
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung, -
2 den Dichtring des in1 dargestellten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung, -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung, -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung und -
5 den Dichtring des in4 dargestellten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung. -
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung. Das Kegelrollenlager ist zweireihig ausgebildet und weist einen Außenring1 mit zwei konischen Laufbahnen auf. Weiterhin weist das Kegelrollenlager zwei axial nebeneinander angeordnete Innenringe2 und3 mit je einer konischen Laufbahn auf. Der Außenring1 und die beiden Innenringe2 ,3 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel als in Umfangsrichtung geschlossene Ringe ausgebildet. Prinzipiell ist es auch möglich, segmentierte Ringe einzusetzen. - Auf der Laufbahn des Innenrings
2 und der benachbarten Laufbahn des Außenrings1 rollen kegelig ausgebildete Wälzkörper4 ab. Auf der Laufbahn des Innenrings3 und der benachbarten Laufbahn des Außenrings1 rollen kegelig ausgebildete Wälzkörper5 ab. Die Wälzkörper4 sind in einem Käfig6 , die Wälzkörper5 in einem Käfig7 angeordnet. Die Käfige6 und7 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel segmentiert ausgebildet. Beispielsweise können die einzelnen Käfigsegmente in Umfangsrichtung aneinandergereiht sein, wie in derDE 102 46 825 A1 offenbart und aus Kunststoff hergestellt sein. - Am Außenring
1 ist an einer Axialseite ein Haltering8 und an der anderen Axialseite ein Haltering9 mittels Schrauben10 befestigt. Die Halteringe8 ,9 können aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Hochwertiger Wälzlagerstahl ist für die Dichtungs-Haltefunktion nicht notwendig. - Am Haltering
8 ist ein Dichtring11 mittels eines Klemmrings12 befestigt. Der Dichtring11 kann als eine Radialwellendichtung ausgebildet sein. Ein derart ausgebildeter Dichtring11 ist in2 in Schnittdarstellung abgebildet. - Wie aus
2 im Einzelnen hervorgeht weist der Dichtring11 eine Staublippe13 und eine Dichtlippe14 auf. Die Dichtlippe14 ist mittels einer Feder15 radial einwärts vorgespannt und liegt berührend an einer Anlauffläche16 an, die auf einer Schulter17 des Innenrings2 ausgebildet ist (siehe auch1 ). - Am Haltering
9 ist ein Dichtring18 mittels eines Klemmrings19 befestigt. Der Dichtring18 ist in analoger Weise wie der Dichtring11 ausgebildet und liegt berührend an einer Anlauffläche20 an, die auf einer Schulter21 des Innenrings3 ausgebildet ist. - Die Innenringe
2 ,3 bestehen entweder aus einem durchgehend gehärteten Stahl oder sind zumindest im Bereich der Laufbahnen und der Anlaufflächen16 ,20 gehärtet. Die Anlaufflächen16 ,20 sind mit hoher Präzision gefertigt und beispielsweise drallfrei geschliffen. Auf diese Weise kann bei geringer Reibung eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden und der Verschleiß der Dichtlippen14 der Dichtringe11 ,18 niedrig gehalten werden. - In dem durch die Dichtringe
11 ,18 abgedichteten Innenraum des Kegelrollenlagers ist ein nicht figürlich dargestelltes Fett als ein Schmierstoff vorgesehen. - Das in
1 dargestellte Kegelrollenlager wird vorzugsweise so eingesetzt, dass der Außenring1 ruht und die beiden Innenringe2 ,3 relativ zum Außenring1 rotieren. Demgemäß ruhen die Dichtringe11 ,18 und laufen mit ihren Dichtlippen14 an den rotierenden Anlaufflächen16 ,20 der Innenringe2 ,3 an. Insbesondere kann das Kegelrollenlager in einer Windenergieanlage als Rotorlager eingesetzt werden. Wie bereits dargelegt ist angesichts der qualitativ hochwertigen Ausbildung der Anlaufflächen16 ,20 mit den Dichtringen11 ,18 über eine lange Betriebsdauer eine zuverlässige Abdichtung erzielbar. Bei einer Beschädigung der Dichtringe11 ,18 können diese einzeln ausgewechselt werden. -
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von1 bzgl. der Befestigung der Dichtringe11 ,18 . Außerdem ist in3 ein Fettkanal22 dargestellt, der dort, wo die beiden Innenringe2 ,3 axial aneinandergrenzen, in Radialrichtung verläuft. Schließlich ist in3 auch noch die Einbauumgebung des Kegelrollenlagers angedeutet. Im Übrigen stimmen die beiden Ausführungsbeispiele überein. - Bei der in
3 dargestellten Einbauumgebung handelt es sich um einen an das Kegelrollenlager angrenzenden Ausschnitt aus einer Windenergieanlage. Insbesondere sind eine Rotorwelle23 und ein Lagergehäuse24 dargestellt. Die beiden In nenringe2 ,3 sitzen auf der Rotorwelle23 und drehen sich mit dieser mit. Der Außenring1 ist in einer Bohrung des Lagergehäuses24 angeordnet und mittels axial verlaufender Schrauben25 mit dem Lagergehäuse24 verschraubt. Außerdem sind mit den Schrauben25 die Halteringe8 ,9 seitlich am Außenring1 befestigt, so dass keine zusätzlichen Schrauben für die Befestigung der Halteringe8 ,9 benötigt werden. Abgestimmt auf die Einbauumgebung sind die beiden Halteringe8 ,9 unterschiedlich ausgebildet. Die Befestigung der Dichtringe11 ,18 an den Halteringen8 ,9 erfolgt analog zu1 mit den Klemmringen12 ,19 . Die Klemmringe12 ,19 sind mit Schrauben26 mit den Halteringen8 ,9 verschraubt. Die Dichtringe11 ,18 sind in analoger Weise ausgebildet wie in2 dargestellt und laufen wie beim Ausführungsbeispiel der1 an den Anlaufflächen16 ,20 der Innenringe2 ,3 an. Da der Außenring1 mit dem Lagergehäuse24 verschraubt ist, führt dieser keine Drehbewegung aus, sondern ruht. Somit ruhen auch die am Außenring1 befestigten Dichtringe11 ,18 und laufen mit ihren Dichtlippen14 an die relativ zu den Dichtringen11 ,18 rotierenden Anlaufflächen16 ,20 der Innenringe2 ,3 an. -
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist lediglich der Dichtring11 dargestellt. Alternativ dazu können aber auch beide Dichtringe11 ,18 vorhanden sein, wobei der nicht dargestellte Dichtring18 dann analog ausgebildet ist wie der dargestellte Dichtring11 . - Das in
4 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers unterscheidet sich von den1 und3 insbesondere hinsichtlich der Ausbildung des Dichtrings11 . Anders als in den1 und3 ist der Dichtring11 nicht in dem Haltering8 geklemmt, sondern direkt mit Hilfe der Schrauben10 mit dem Außenring1 verschraubt. Dies bedeutet, dass beim Ausführungsbeispiel der4 der Haltering8 und der Klemmring12 entfallen und dass eine andere Ausführungsform des Dichtrings11 zum Einsatz kommt, als in2 dargestellt. Die Ausbildung des verwendeten Dichtrings11 wird anhand von5 näher erläutert. - Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der
4 den Ausführungsbeispielen der1 und3 , wobei auch wiederum der bereits in3 dargestellte Fettkanal22 vorhanden ist. -
5 zeigt den Dichtring11 des in4 dargestellten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung. Analog zu2 ist der Dichtring11 mit der Staublippe13 , der Dichtlippe14 und der Feder15 ausgestattet. Zusätzlich weist der Dichtring11 jedoch in Axialrichtung verlaufende Bohrungen27 auf, in die Hülsen28 zur Aufnahme der Schrauben10 eingesetzt sind. Um dauerhaft eine zuverlässige Funktion des Dichtrings11 zu gewährleisten, ist es zudem erforderlich, dass dieser über eine ausreichende Formstabilität verfügt. Diese Formstabilität kann durch Wahl eines geeigneten Materials für den Dichtring11 erzielt werden. Als Materialien eignen sich insbesondere Polyurethan (PUR) und Polytetrafluorethylen (PTFE). Beim Einsatz dieser Materialien kann der Dichtring11 durchgehend, d. h. inklusive der Staublippe13 und der Dichtlippe14 , aus einem einzigen Material hergestellt werden. Die Herstellung kann beispielsweise durch Drehen oder ein sonstiges spanabhebendes Verfahren erfolgen. Ebenso ist es jedoch auch möglich den Dichtring11 , insbesondere die Staublippe13 und die Dichtlippe14 spritztechnisch oder durch Vulkanisieren herzustellen. -
- 1
- Außenring
- 2
- Innenring
- 3
- Innenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Käfig
- 8
- Haltering
- 9
- Haltering
- 10
- Schraube
- 11
- Dichtring
- 12
- Klemmring
- 13
- Staublippe
- 14
- Dichtlippe
- 15
- Feder
- 16
- Anlauffläche
- 17
- Schulter
- 18
- Dichtring
- 19
- Klemmring
- 20
- Anlauffläche
- 21
- Schulter
- 22
- Fettkanal
- 23
- Rotorwelle
- 24
- Lagergehäuse
- 25
- Schraube
- 26
- Schraube
- 27
- Bohrung
- 28
- Hülse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
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Claims (21)
- Zweireihiges Kegelrollenlager mit – einem Außenring (
1 ), dessen Außendurchmesser wenigstens 1 Meter beträgt, – einem ersten Innenring (2 ), – einem zweiten Innenring (3 ), der axial neben dem ersten Innenring (2 ) angeordnet ist, – einem Satz von kegelig ausgebildeten ersten Wälzkörpern (4 ), die zwischen dem Außenring (1 ) und dem ersten Innenring (2 ) abrollen, – einem Satz von kegelig ausgebildeten zweiten Wälzkörpern (5 ), die axial neben den ersten Wälzkörpern (4 ) angeordnet sind und zwischen dem Außenring (1 ) und dem zweiten Innenring (3 ) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass axial neben dem Außenring (1 ) ein erster Dichtring (11 ) angeordnet ist, der drehfest mit dem Außenring (1 ) verbunden ist und berührend an einer Anlauffläche (16 ) des ersten Innenrings (2 ) anläuft. - Kegelrollenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial neben dem Außenring (
1 ) angeordneter zweiter Dichtring (18 ) vorhanden ist, der drehfest mit dem Außenring (1 ) verbunden ist und berührend an einer Anlauffläche (16 ) des zweiten Innenrings (3 ) anläuft. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlauffläche (
16 ) zylinderförmig ausgebildet ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlauffläche (
16 ) an einer Schulter (17 ) des ersten Innenrings (2 ) ausgebildet ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlauffläche (
16 ) drallfrei geschliffen ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtring (
11 ) an einem ersten Haltering (8 ) befestigt ist. - Kegelrollenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltering (
8 ) am Außenring (1 ) befestigt ist. - Kegelrollenlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Haltering (
8 ) mittels Schrauben (25 ) am Außenring (1 ) befestigt ist, die zudem der Befestigung des Außenrings (1 ) in einer Einbauumgebung dienen. - Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtring (
11 ) und der erste Haltering (8 ) einteilig ausgebildet sind. - Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtring (
11 ) und der erste Haltering (8 ) aus dem gleichen Material bestehen. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtring (
11 ) wenigstens eine Dichtlippe (14 ) aufweist. - Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (
14 ) durch spanende Bearbeitung hergestellt ist. - Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (
14 ) spritztechnisch hergestellt ist. - Kegelrollenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (
14 ) durch Vulkanisieren hergestellt ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (
1 ) und/oder der erste Innenring (2 ) und/oder der zweite Innenring (3 ) als in Umfangsrichtung geschlossener Ring ausgebildet ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wälzkörper (
4 ) in einem ersten Käfig (6 ) angeordnet sind. - Kegelrollenlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Käfig (
6 ) segmentiert ausgebildet ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtring (
11 ) aus Polyurethan oder aus Polytetrafluorethylen gefertigt ist. - Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fett als Schmierstoff aufweist.
- Kegelrollenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als eine Komponente einer Windenergieanlage ausgebildet ist.
- Windenergieanlage mit einem Rotor, der an einer Rotorwelle (
23 ) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (23 ) in einem Kegelrollenlager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche drehbar gelagert.
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