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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Wälzlageranordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Nach DIN und/oder ISO genormte Wälzlagerungen werden üblicherweise direkt in Gehäuse oder direkt in umgebende Bauteile eingebracht. Die Lagerung bildet mit dem umgebenden Bauteil eine Wälzlageranordnung. Umgebende Bauteile nehmen das Wälzlager sowohl in axialer Richtung, als auch radial innen und/oder radial außen auf. Die Befestigung der Wälzlagerung erfolgt bei bekannten Wälzlageranordnungen über ein separates Anschlussteil, beispielsweise mindestens einen Sicherungsring, einen Deckel oder eine Nutmutter.
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Es sind auch spezielle, z. T. noch nicht genormte Wälzlagerungen z. B. für Wälzschraubtriebe, Rundtische oder Roboterarme aus Herstellerkatalogen bekannt, die auf einem oder mehreren Ringen jeweils eine Reihe von Anschraublöchern oder -gewinden aufweisen, damit ein separates Gehäuse oder ein separater Anschlussflansch eingespart werden kann und vorzugsweise auch ein kleinerer Bauraum als bei Normlagern erzielt wird.
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Solche spezielle Wälzlager auf Kugel- oder Rollenbasis, bei denen ein anzuschraubendes Tragteil und/oder ein Laufteil mit Laufbahnen für die Wälzkörper versehen sind, stellen jeweils eine Kompletteinheit dar. Die Kompletteinheit kann meist spielfrei oder unter vordefinierter Vorspannung eingebaut werden. Ein separater Aufnahmeflansch wie bei Normlagern ist nicht nötig. Eine Anbindung an einen Schlitten oder ein Gestell erfolgt direkt durch die Schraubenverbindungen.
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Damit aus unterschiedlichen Anzugsdrehmomenten je Schraube resultierende Verformungen bekannter Wälzlagerringe in akzeptablen Größenordnungen gehalten werden können, sind entsprechend große Querschnitte der Wälzlagerringe vonnöten.
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Da entsprechende Schraubenteilkreise und Senkungen und Gewinde zusätzlichen Bauraum benötigen, entsteht ein gravierender Bauraumnachteil. Der zur Verfügung stehende Bauraum wird im Hinblick auf die Tragfähigkeit der Lagerung unzureichend ausgenutzt. Häufig ist das bekannte Wälzlager deshalb bauraumbestimmend für die gesamte Konstruktion. Die Herstellung einer Vielzahl von Anschraubbohrungen ist außerdem aufwändig.
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Werden Normlager oder Wälzlager mit kleinen Querschnitten verwendet, so benötigt man entweder spezielle Deckel oder Hutmuttern. Die Deckel müssen wiederum angeschraubt werden, bieten also radial keinen Bauraumvorteil. Nutmuttern verbessern zwar das Problem der unterschiedlichen Anzugsdrehmomente und der daraus resultierenden Verformungen, benötigen allerdings auch mehr Platz in axialer Richtung. Befestigt man Innenring und Außenring mit einer Hutmutter ist sogar ein zusätzlicher Distanzring unvermeidlich. Außerdem entstehen durch die Nutmuttern, die in hoher Präzisionsausführung verwendet werden müssen, zusätzliche Kosten.
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Solche spezielle Wälzlager eignen sich insbesondere für den Einsatz bzw. den Einbau in einen Gewindetrieb. Gewindetriebe werden auch als Schraubgetriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine hin und her gehende (lineare) Bewegung als Wälzgewindetriebe, Rollengewindetriebe oder Kugelgewindetriebe in weiten Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt. Typische Anwendungen dafür finden sich in Werkzeugmaschinen, bei Robotern, Handhabungsgeräten, Schlittenmodulen, jedoch auch in Fahrzeugen bei Lenkungen oder bei Fahrwerken.
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Bekannte Schraubgetriebe, die auf die Technik der Wälzlager zurückgreifen, sind bspw. in der
EP 0 122 596 A1 offenbart.
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Die voran beschriebene Anwendung von Wälzlagern verlangt in der Regel, dass die Lagerung spielfrei ist oder sogar vorgespannt wird und dass die umgebenden Bauteile besonders präzise hergestellt sind. Wird stattdessen auf Normlager zurückgegriffen, kommt es zum Fixieren der Normlager mittels separaten Deckeln oder Flanschen. Solche bekannten Einbindungen von Normlagern sind in den 4a, 4b, 5a und 5b beispielhaft als Stand der Technik dargestellt.
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Es besteht somit hinsichtlich bauraumoptimierter Lösungen Verbesserungsbedarf.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht daher darin, ein Wälzlager und eine Wälzlageranordnung zu schaffen, das/die einen minimalen Bauraum für sich selbst inklusive seiner Befestigung zu umgebenden Bauteilen in Anspruch nimmt bzw. einen minimalen Bauraum für die umgebenden Bauteile ihrerseits ermöglicht. Dabei sind Auswirkungen von Anschraubkräften auf eine Laufbahn des Wälzlagers zu vermeiden. Das Wälzlager und/oder seine Montage in die umgebenden Bauteile soll zudem kostengünstiger sein.
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Das Problem wird gelöst durch ein Wälzlager mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Wälzlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Das Wälzlager weist einen Außenring, einen Innenring und in radialer Richtung gesehen dazwischen angeordnete Wälzkörper auf. Die Wälzkörper sind in mindestens einer Laufbahn um eine Achse führbar. Sie ermöglichen die Rotation des Außen- bzw. Innenrings. Die Achse, um die die Wälzkörper führbar sind, stimmt überein mit der Rotationsachse des Außen- und des Innenrings.
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Statt eines einzigen Innenrings und eines einzigen Außenrings können selbstverständlich auch mehrere Innen- und/oder Außenringe Bestandteil des Wälzlagers sein.
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Der Innenring muss nicht als separates Bauteil ausgeführt sein. Der Innenring kann auch einstückig mit einem das Wälzlager radial innen umgebenden Bauteil ausgeführt sein. Insbesondere kann eine Spindel oder ein Drehteller als Innenring zu verstehen sein.
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Von besonderer Bedeutung für das erfindungsgemäße Wälzlager ist die Ausbildung des Außenrings. Senkrecht zur Achse liegen sich eine Stirnseite und eine Gegenseite des Außenrings gegenüber. In axialer Richtung sind zwischen der Stirnseite und der Gegenseite eine Außenseite und eine Innenseite im Wesentlichen parallel zueinander und zur Achse A ausgerichtet. Auf der Innenseite des Außenrings ist die mindestens eine Laufbahn ausgebildet, in der die Wälzkörper führbar sind.
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Als Stirnseite wird insbesondere die Seite des Außenrings angesehen, die mit Bezug zu dem umgebenden Bauteil außen liegt.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist in der Stirnseite deshalb ein Eingriff eines Werkzeugs vorgesehen.
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Auf der Außenseite weist der Außenring in mindestens einem Axialabschnitt ein Gewinde auf. Der Außenring ist somit in ein umgebendes Bauteil einschraubbar.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine zusätzlichen Bauteile zur Fixierung des Wälzlagers benötigt werden, die den Bauraum des umgebenden Bauteils unnötig vergrößern. Eine Aufnahme des Wälzlagers in dem umgebenden Bauteil über ein Gewinde ist in den umgebenden Bauteilen als Innengewinde auszuführen, sodass eine präzise Aufnahme des Außenrings gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Außenring im Vergleich zu bekannten Außenringen steifer ist und größere Momente bzw. höhere Kräfte aufnehmen kann.
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Grundsätzlich ist eine vollständige Versenkung des Wälzlagers in dem umgebenden Bauteil ohne weitere Mittel ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Außenseite in axialer Richtung mit Axialabschnitten unterschiedlichen Außendurchmessers ausgebildet.
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Je nach Einbausituation ist ein derart abgestimmtes Wälzlager besonders präzise in umliegende Bauteile integrierbar. Beispielsweise kann ein schlanker Axialabschnitt, der zuerst in das umgebende Bauteil eintaucht, eine Führungseinrichtung darstellen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist ein erster Axialabschnitt des Außenrings bzw. der Außenseite das Gewinde auf. In dem ersten Axialabschnitt weist der Außenring einen ersten Außendurchmesser auf. Der erste Außendurchmesser ist dabei größer als ein zweiter Außendurchmesser eines zweiten Axialabschnitts der Außenseite.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein zweiter Axialabschnitt der Außenseite mit einem zweiten Außendurchmesser ausgebildet. Der Außenring weist in dem zweiten Axialabschnitt das Gewinde für den Eingriff in das umgebende Bauteil auf. Der zweite Außendurchmesser ist dabei kleiner als ein erster Außendurchmesser eines ersten Axialabschnitts der Außenseite.
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Die zuletzt beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen stehen alternativ nebeneinander und sind gemäß einer weiteren Variante auch beide umsetzbar, sodass beide Axialabschnitte Gewinde tragen. Darüber hinaus sind weitere Axialabschnitte in erfindungsgemäßen Wälzlagern denkbar, die ebenfalls Gewinde für den Eingriff in das oder ein weiteres umgebendes Bauteil tragen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Axialabschnitte mit gleichen Außendurchmessern ausgebildet. Dabei trägt der Außenring in nur einem der Axialabschnitte ein Gewinde, wobei der Innendurchmesser des Gewindes gleich dem Außendurchmesser der beiden Axialabschnitte ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform grenzt der das Gewinde aufweisende Axialabschnitt an die Stirnseite an.
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Mit dieser Ausführungsform des Wälzlagers ist es möglich, ein Gewinde axial außen in dem umgebenden Bauteil als Innengewinde auszuführen und das Wälzlager derart aufzunehmen, dass der Außenring vollständig in dem umgebenden Bauteil versenkt ist.
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Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein an die Gegenseite angrenzender Axialabschnitt das Gewinde tragen. Auch so ist eine vollständige Versenkung des Wälzlagers in dem umgebenden Bauteil realisierbar, wobei der Kraftschluss mit dem umgebenden Bauteil bzw. einem der umgebenden Bauteile axial innen realisierbar ist. Eine Ausführungsform des Außenrings mit zwei Axialabschnitten mit jeweils einem Gewinde führt bspw. zu einer Fixierung zweier Bauteile in axialer Richtung zueinander.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Außenring zwei oder mehr Laufbahnen auf. Sind mindestens zwei Laufbahnen mit einem axialen Abstand zueinander ausgeführt, die jeweils mehrere Wälzkörper aufnehmen, ist eine Lagerung geschaffen, die auch Biegemomente prozesssicher aufnehmen kann.
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Wälzkörper vorteilhafter Ausführungsformen können Kugeln oder Rollen sein. Als Rollen kommen Zylinderrollen, Kegelrollen oder profilierte Rollen in Frage.
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Besonders vorteilhaft ist eine Wälzlageranordnung mit einem erfindungsgemäßen Außenring ausführbar. Beispiele für Wälzlageranordnungen sind Rundtische oder Schraubgetriebe für Werkzeugmaschinenanwendungen, wie Spindellagerungen, Rundachsenanordnungen oder Gelenkarmanwendungen.
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Eine Minimierung des Bauraums einer solchen Wälzlageranordnung ist mithin erreicht.
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Anstelle des Innenringes kann ein zu lagerndes Bauteil vorgesehen sein, wobei eine Laufbahn oder mehrere Laufbahnen direkt in das zu lagernde Bauteil radial außen eingebracht sind, zum Beispiel in eine Gewindespindel oder in ein anderes Antriebselement, wie ein Zahnrad, ein Ritzel oder eine Gewindemutter.
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Ein solcher Gewindetrieb ist besonders hinsichtlich des Bauraums in radialer Richtung verbessert.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen
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1A einen Axialschnitt durch ein Wälzlager,
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1B einen Axialschnitt durch das Wälzlager aus 1A, wobei das Wälzlager radial innen auf einer Welle angeordnet ist,
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1C eine Draufsicht in axialer Richtung auf das Wälzlager aus 1A, wobei die Stirnseite dargestellt ist,
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2 einen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers,
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3A einen Axialschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Wälzlagers,
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3B einen Axialschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel des Wälzlagers in einer entsprechenden Wälzlageranordnung in einem Rundtisch,
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3C einen Axialschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel des Wälzlagers mit einem Innenring, der radial innen ein Gewinde aufweist,
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4A einen Axialschnitt durch eine Baugruppe zur Verdeutlichung einer Einbausituation eines Wälzlagers nach dem Stand der Technik,
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4B weitere Einbausituation eines weiteren Wälzlagers nach dem Stand der Technik,
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5A weitere Einbausituation eines zweiteiligen Wälzlagers nach dem Stand der Technik und
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5B weitere Einbausituation eines weiteren zweiteiligen Wälzlagers nach dem Stand der Technik.
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In den 1A bis 1C ist ein Wälzlager 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur besseren Übersicht sind nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren angegeben.
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Das Wälzlager 1 umfasst einen Außenring 10 und einen Innenring 20. Zwischen dem Außenring 10 und dem Innenring 20 sind – in radialer Richtung gesehen – Wälzkörper 32 vorgesehen. Zur Aufnahme der Wälzkörper 32 sind im Außenring 10 Laufbahnen 30 ausgebildet, die die Wälzkörper 32 in axialer Richtung zueinander abstützen. In dem ersten Ausführungsbeispiel weist auch der Innenring 20 Laufbahnen 30 für die Wälzkörper 32 auf. Die Laufbahnen 30 des Innenrings 20 stützen die Wälzkörper 32, in diesem Fall Kugeln, jeweils in axialer Richtung nach außen ab.
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Der Außenring 10 weist in axialer Richtung, also entlang der Achse A, zwei Axialabschnitte 17, 19 auf. Davon ist ein erster Axialabschnitt 17 mit. einem Außengewinde versehen. Ein zweiter Axialabschnitt 19 weist gegenüber einem Außendurchmesser dA1 des ersten Axialabschnitts 17 einen kleineren Außendurchmesser da2 auf.
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Die Axialabschnitte 17, 19 liegen entlang der Achse A zwischen einer Stirnseite 11 (1C) und einer Gegenseite 13, die senkrecht zur Achse A ausgerichtet sind. Die Stirnseite 11 weist Aufnahmeausnehmungen 110 für den Eingriff eines Werkzeugs auf. Die Aufnahmeausnehmungen sind nur in den 1B und 1C des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt. Der Schnitt gemäß 1A ist so gewählt, dass die Aufnahmeausnehmungen 110 nicht hineinfallen. Der erste Axialabschnitt 17 grenzt an der Stirnseite 11 an und grenzt der Stirnseite 11 gegenüberliegend an den zweiten Axialabschnitt 19 an. Der zweite Axialabschnitt 19 wiederum grenzt dem ersten Axialabschnitt 17 abgewandt an die Gegenseite 13 an.
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Radial innen weist der Innenring 20 koaxial zur Achse A ein durchgehendes Loch mit kreiszylindrischem Querschnitt auf.
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Gemäß 1B ist in dem Wälzlager 1 radial innen eine Welle gelagert. Die entlang der Achse A geteilte Darstellung bietet auf ihrer linken Seite einen Schnitt durch das Wälzlager 1 und auf ihrer rechten Seite einen Schnitt durch ein Wälzlager nach dem Stand der Technik zum Vergleich.
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In 2 ist ein Wälzlager 1' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Bezugszeichen sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel vergeben und apostrophiert. Weitere Ausführungsbeispiele mit ihren Bauteilen in weiteren Figuren sind entsprechend gekennzeichnet.
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Zwischen der Stirnseite 11' des Wälzlagers 1` und der Gegenseite 13' erstrecken sich parallel zur Achse A, an die Stirnseite 11' angrenzend, ein erster Axialabschnitt 17' und daran angrenzend bis zur Gegenseite 13' ein zweiter Axialabschnitt 19' der Außenseite 12'. Die Stirnseite 11 des ersten und die Stirnseite 11' des zweiten Ausführungsbeispiels ähneln sich sehr. Das Gewinde 40 ist das nur bei der Betrachtung der Stirnseite 11 des ersten Ausführungsbeispiels in Draufsicht dargestellt. Auch die Stirnseiten 11' weisen Aufnahmeausnehmungen 110' für ein Werkzeug zum Eindrehen des Wälzlagers 1' in ein umgebendes Bauteil auf.
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Das Wälzlager 1' weist ein Gewinde 40' radial außen in dem zweiten Axialabschnitt 19' eines Außenrings 10' auf.
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In 3A ist ein Wälzlager 1'' gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem Axialschnitt dargestellt. Das Wälzlager 1'' lagert radial innen eine Welle, wobei die Welle bzw. eine auf der Welle gelagerte Hülse in einem Lagerabschnitt als Innenring 20'' ausgeführt ist. Der Innenring 20'' steht in Kontakt mit Wälzkörpern des Wälzlagers 1'', ohne eine Laufbahn auszubilden, die dessen Wälzkörper in axialer Richtung A abstützt. Vielmehr ist die Welle, Spindel oder Hülse eine Art Lauffläche für die Wälzkörper.
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Nach radial außen sind die Wälzkörper, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel Rollen, in einer Laufbahn 30'' des Außenrings 10'' geführt.
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Der Außenring 10'' weist auf einem Axialabschnitt seiner Außenseite 12'' ein Gewinde 40'' auf. Der Außenring 10'' ist in axialer Richtung gegen Kragen der Welle abgestützt.
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3B verdeutlicht ein viertes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 1''' in einer Wälzlageranordnung als Rundtisch. Ein Innenring 20''' ist auf einer Welle angeordnet und axial und radial mit Wälzkörpern rotierbar gegen einen Außenring 10''' abgestützt. Der Innenring 20''' nimmt einen Teller des Rundtisches auf, während der Außenring 10''' in einem Gehäuse des Rundtisches aufgenommen ist. Der Außenring 10''' greift radial außen auf seiner Außenseite 12''' mit einem Gewinde 40''' in das Gehäuse ein. Radial innen sind die Wälzkörper zur radialen Abstützung des Innenrings in einer Laufbahn 30''' auf dem Außenring 10''' geführt. Die Wälzkörper zur axialen Abstützung des Innenrings 20''' und eines weiteren Rings laufen in Ebenen senkrecht zur Achse A um.
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3C verdeutlicht ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 1''''. Das Wälzlager 1'''' hat einen außenring 10'''' mit einem Gewinde 40'''' auf seiner Außenseite 10''''. Zusätzlich weist bei diesem Ausführungsbeispiel auch der Innenring 20'''' ein Gewinde 10'''' zum Eingriff in eine radial innen aufgenommene Welle oder Mutter auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'-''''
- Wälzlager
- 10, 10'-''''
- Außenring
- 11, 11''
- Stirnseite
- 12, 12'-''''
- Außenseite
- 13, 13'
- Gegenseite
- 14
- Innenseite
- 17, 17'
- erster Axialabschnitt
- 19, 19'
- zweiter Axialabschnitt
- 20, 20'-''''
- Innenring
- 30, 30'-''''
- Laufbahn
- 32
- Wälzkörper
- 40, 40'-''''
- Gewinde
- 110, 110'
- Aufnahmeausnehmung
- A
- Achse
- da1
- erster Außendurchmesser
- da2
- zweiter Außendurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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