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Die Erfindung betrifft ein Lagerungsbauteil zur Verwendung in einer Lagerungsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerbauteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Die Lagerung von drehenden oder rotierenden Bauteilen gegenüber feststehenden Lagerungsbauteilen erfolgt in Lageraufnahmen. Neben Wälzlagern sind auch Gleitlager im Maschinen- und Gerätebau die am häufigsten gebrauchten Lager-Bauarten. Bei Radiallagern, wie zum Beispiel Wälzlagern, kommt es ganz wesentlich darauf an, die Laufringe radial festzuspannen, um die Tragfähigkeit der Lager voll auszunutzen. Dies geschieht durch einen strammen Sitz, der den Lagerring unterstützt und versteift. Das hierzu erforderliche Übermaß hängt von der Belastung des Lagers ab.
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Das Herstellen der Passmaße in Lagerbohrungen und -aufnahmen ist relativ aufwendig. Die Werkzeugkosten sind verhältnismäßig hoch.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lagerungsbauteil mit einer Lageraufnahme aufzuzeigen, die kostengünstiger herstellbar ist.
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Diese Aufgabe ist bei einem Lagerungsbauteil mit einer Lagerungsaufnahme gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerungsbauteils ist Gegenstand des Patentanspruchs 14.
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Ein erfindungsgemäßes Lagerungsbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Lageraufnahmen von mehreren federnden Lagerzungen gebildet wird und mithin nicht von einer starren, vollflächigen Passfläche.
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Eine Lageraufnahme, die mehrere solcher Lagerzungen aufweist, scheint zunächst aufwendiger in der Herstellung zu sein als eine einzelne Bohrung mit entsprechendem Passmaß. Jedoch erübrigt sich bei der erfindungsgemäßen Lageraufnahme die Verwendung von speziellen Bohrwerkzeugen. Vielmehr kann die Lageraufnahme mittels eines Strahlschneidverfahrens, insbesondere mittels Laserschneidens, oder mittels eines Stanzverfahrens hergestellt werden. Dadurch können Lageraufnahmen auch in dünnwandigen Blechbauteilen sehr schnell und kostengünstig mit Standardbearbeitungsverfahren hergestellt werden. Toleranzen werden durch die federnden Lagerzungen ausgeglichen. Aus diesem Grund ist die Fertigungsgenauigkeit einer Laserschneidanlage bei der erfindungsgemäß konfigurierten Lageraufnahme ausreichend, um das in der Lageraufnahme aufzunehmende Bauteil mit hinreichender Passgenauigkeit und hinreichend festem Sitz zu lagern.
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Die erfindungsgemäße Lageraufnahme besitzt mehrere über den Umfang der Lageraufnahme angeordnete Lagerzungen. Die Lagerzungen sind dafür vorgesehen, ein in der Lageraufnahme angeordnetes Bauteil zu halten. Hierzu erstrecken sich die Lagerzungen in Umfangsrichtung der Lageraufnahme. Sie besitzen einen Befestigungsabschnitt, über welchen sie mit dem Lagerungsbauteil verbunden sind. Ferner besitzen sie einen Lagerungsabschnitt, der mit dem aufzunehmenden Bauteil in Kontakt steht. Der Lagerungsabschnitt ist durch einen Freischnitt, welcher radial außenseitig des Lagerungsabschnitts angeordnet ist, begrenzt in Radialrichtung verlagerbar. Die Lagerzungen können mithin auch als Federzungen bezeichnet werden. Die Auslenkung der Federzungen ist gewünscht, um das einzusetzende Bauteil mit einer gewissen Vorspannung zu umgreifen. Bei der Fertigung der Lageraufnahme ist daher darauf zu achten, dass für einen strammen Sitz ein deutliches Übermaß geschaffen wird, das deutlich größer ist als bei einer Übermaßpassung einer üblichen Lageraufnahme mit ununterbrochenem, nicht federndem Lagersitz.
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Die Lagerzungen können an einem Ende oder auch an beiden ihrer Enden mit dem Lagerungsbauteil verbunden sein.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Befestigungsabschnitt in Radialrichtung gemessen eine abweichende, insbesondere eine geringere Dicke als der Lagerungsabschnitt der Lagerzungen. Die Dickenreduzierung befindet sich dabei bevorzugt radial innen, so dass der Lagerungsabschnitt nach radial innen weiter vorsteht als der Befestigungsabschnitt. Weil sich die Lagerzunge wie ein Biegebalken mit endseitiger Einspannung verhält, kann er mit geringer Kraft am freien Ende ausgelenkt werden kann und nur mit höherer Kraft am Lagerungspunkt, das heißt am Befestigungsabschnitt. Daher soll der Befestigungsabschnitt selbst nicht mit dem zu lagernden Bauteil in Kontakt kommen. Er besitzt eine viel geringere Nachgiebigkeit als das freie Ende der Lagerzungen und müsste mit höherer Genauigkeit, das heißt engeren Toleranzen, gefertigt werden. Das soll jedoch vermieden werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung besitzen die Lagerzungen eine sichelförmige Krümmung in Anpassung an den Umfang der Lageraufnahme. Die sichelförmige Krümmung sorgt dafür, dass die Lagersitzfläche so groß wie möglich wird. Unter Berücksichtigung der Auslenkung der Lagerzungen kann die sichelförmige Krümmung so konfiguriert werden, dass die freien Enden der Lagerzungen radial weiter nach innen ragen als die dem Befestigungsabschnitt benachbarten Bereich der Lagerzungen. Wenn die Lagerzungen allerdings im montierten Zustand nach radial außen gedrückt werden, können sie sogar flächig an dem zylindrischem Außenumfang des in die Lageraufnahme eingesetzten Bauteils anliegen, sie müssen es aber nicht zwingend.
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Das erfindungsgemäße Lagerungsbauteil ist insbesondere ein Blechbauteil, bei welchem die Lagerzungen materialeinheitlich einstückiger Bestandteil des Blechbauteils sind. Blechbauteile im Rahmen der Erfindung sind aus z. B. Platinen hergestellte Bauteile mit relativ geringer Wanddicke von beispielsweise 2 mm bis 15 mm.
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Es ist aber auch möglich, die Lagerzungen als separate Bauteile herzustellen und in einem Fertigungsschritt mit dem Lagerungsbauteil zu verbinden. Mögliche Verbindungen sind stoffschlüssige Verbindungen, insbesondere Klebeverbindungen, kraftschlüssige Verbindungen oder auch formschlüssige Verbindungen.
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Je nach Lagerungsprinzip und der räumlichen Anordnung weiterer Lager kann es ausreichend sein, wenn die Lagerzungen sich in derselben Ebene wie das Blechbauteil befinden. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, die Lagerzungen seitlich auszustellen, um die Lagerungsfläche und dadurch den Lagerungssitz in Axialrichtung zu vergrößern.
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Konkret bedeutet das, dass das Lagerungsbauteil, welches im Bereich der Lageraufnahme einander gegenüberliegende Stirnseiten besitzt, im Bereich der Lagerzungen verformt wird, so dass die Lagerzungen teilweise in Axialrichtung der Lageraufnahme über wenigstens eine der Stirnseiten vorstehen. Das heißt, die Lagerzungen weisen nicht exakt in Umfangsrichtung, sondern sind um wenige Grad seitlich ausgestellt, ähnlich wie bei einer fiktiven Schraubenlinie, die durch die Lageraufnahme verläuft. Die Ausstellungen können zu einer Seite oder auch zu beiden Seiten erfolgen, wobei bei beidseitiger Ausstellung diese zweckmäßiger Weise im Wechsel erfolgt. Wie bei einem Sägeblatt sind die Lagerzungen geschränkt angeordnet.
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Bei der seitlichen Ausstellung der Lageraufnahmen ist zudem zu berücksichtigen, dass der Lagerungsabschnitt in Abhängigkeit von dem Winkel der Ausstellung in seiner Kontur angepasst wird, damit er in der Montagestellung, das heißt in nach außen ausgelenkter Position, eine exakte Kreisform beschreibt.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an wenigstens einer radial inneren Kante des Lagerungsabschnitts der Lagerzungen eine Fase als Einführschräge ausgebildet ist. Das erleichtert das Einsetzen von Bauteilen in die Lageraufnahme und mithin die Montage.
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Grundsätzlich ist vorgesehen, dass die Lageraufnahme mit Übermaßpassung ausgebildet ist. Denkbar ist aber auch eine Übergangspassung bei geeigneter Materialpaarung. Beispielsweise könnte eine gehärtete Welle in die Lageraufnahme eingesetzt werden, wenn das Lagerbauteil insgesamt oder auch die Lagerzunge weicher als die Welle gestaltet ist. Mithin ist es für derartige Anwendungsfälle vorgesehen, dass die Lagerzungen eine andere Härte besitzen als übrige Bereiche des Lagerungsbauteils. Die Lagerzungen können hierzu beispielsweise weichgeglüht sein.
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Umgekehrt kann aber auch die Federzunge zumindest teilweise gehärtet sein, während eine in die Lageraufnahme einzugliedernde Welle aus einem gegenüber der Federzunge weicherem Material besteht. Eine solche Lageranordnung kann theoretisch auch als Gleitlager ausgebildet sein, zum Beispiel für Anwendungsfälle mit starken Verschmutzungen, beispielsweise in der Landwirtschaft oder Umwelttechnik.
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Das erfindungsgemäße Lagerungsbauteil kommt insbesondere bei Lagerungsanordnungen zum Einsatz, bei welchen zur Vergrößerung der axialen Lagerungsfläche mehrere der Lagerungsbauteile in gestapelter Anordnung nebeneinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, Lagersitze auch aus mehreren dünnwandigen Blechbauteilen aufzubauen, die gewissermaßen in Reihenanordnung nebeneinander einen Stapel bilden. Auf diese Weise können zum Beispiel fünf jeweils 2 mm dicke Bleche zu einer 10 mm dicken Lagerungsanordnung kombiniert werden, durch welche die Gefahr einer axialen Verkippung eines in eine solche Lageraufnahme zu lagernden Bauteils signifikant herabgesetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 14 sieht vor, eine Lageraufnahme in einem Lagerungsbauteil zu schaffen, bei welchem mehrere über den Umfang der Lageraufnahme angeordnete Lagerzungen hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt mittels eines Strahlschneidverfahrens oder eines Stanzverfahrens aus Blechen.
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In vorteilhafter Weiterbildung werden die freien Enden der Lagerzungen einseitig oder wechselseitig in Axialrichtung ausgestellt.
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Da bei dem Strahlschneidverfahren, insbesondere Laserschneidverfahren, zum Einsatz kommen, lässt sich der Erfindungsgedanke auch als gelaserter Lagersitz zusammenfassen. Mit diesem Herstellungsverfahren ist es kostengünstig möglich, auch bei sehr geringen Stückzahlen individuell konfigurierte Lagersitze herzustellen, welche insbesondere bei gestapelter Anordnung zum Beispiel die Herstellung von Prototypen vereinfacht.
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Bei einer gestapelten Anordnung mehrerer der Lagerbauteile gleichen sich die Fertigungstoleranzen des Strahlschneidverfahrens aus. Zudem können bei einer gestapelten Anordnung die einzelnen Zungen in benachbarter Lagerungsbauteile in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sein, das heißt, dass nicht jede Lagerzunge eines Lagerbauteils beispielsweise in der 12-Uhr-Position angeordnet ist, sondern in Bezug auf die Lagerzunge des benachbarten Lagerungsbauteils in Umfangsrichtung versetzt ist. Dadurch ergibt sich über den gesamten Umfangsbereich des aufzunehmenden Bauteils betrachtet eine gleichmäßigere Abstützung. Die gestapelte Anordnung umfasst wenigstens zwei Lagerungsbauteile.
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Die Anzahl der Lagerzungen ist abhängig von dem Durchmesser der Lageraufnahme und von den Anforderungen an die Genauigkeit und die aufzubringende Vorspannung des Lagersitzes. Die Anzahl der Lagerzungen beträgt mindestens 3. Die Lagerzungen sind gleichmäßig über den Umfang verteilt anzuordnen. Die Abstützung wird insgesamt jedoch genauer, wenn deutlich mehr als 3 Zungen vorgesehen sind. Eine besonders bevorzugte Anzahl von Lagerzungen ist 12.
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Das erfindungsgemäße Lagerungsbauteil ist vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl. Denkbar ist aber auch, entsprechende Lagerungsbauteile aus geeigneten Kunststoffen herzustellen, da das Lagerungsprinzip werkstoffunabhängig ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Lagerungsbauteil in einer perspektivischen Darstellung;
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2 das Lagerungsbauteil der 1 in einer Draufsicht;
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3 das Lagerungsbauteil der 1 in einer Stirnansicht;
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4 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt II der 2;
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5 ein Lagerungsbauteil in einer weiteren Ausführungsform in perspektivischer Ansicht;
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6 das Lagerungsbauteil der 5 in einer ersten Seitenansicht;
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7 das Lagerungsbauteil der 5 in einer Stirnansicht;
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8 das Lagerungsbauteil der 5 in einer zweiten Ansicht;
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9 eine Schnittdarstellung entlang der Linie VIII-VIII in 8 und
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10 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VI des Lagerungsbauteils aus 6.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Lagerungsbauteils 1 mit einer Lageraufnahme 2. Das Lagerungsbauteil 1 selbst ist ein ebenes Blechbauteil, wie anhand der 3 zu erkennen ist. Es weist mehrere Bohrungen 3 auf, mittels welcher das Lagerbauteil 1 fixierbar ist. Die Lageraufnahme 2 befindet sich an einem in der Bildebene linken Ende des Lagerbauteils 1. An dieses linke Ende mit der Lageraufnahme 2 schließt sich ein schlanker Schaftabschnitt 4 an. Im Bereich des rechten Endes des Schaftabschnitts befindet sich die Bohrung 3. Die Konfiguration des Schaftabschnitts ist im Hinblick auf den Erfindungsgedanken unerheblich. Maßgeblich ist die Gestaltung der Lageraufnahme 2, wie nachfolgend anhand der 2 bzw. der vergrößerten Darstellung der 4 erläutert wird.
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Die Lageraufnahme 2 besitzt insgesamt 3 gleichmäßig über den Umfang verteilte Lagerzungen 5. Die Lagerzungen 5 erstrecken sich umfangsseitig etwa über 75° der Lageraufnahme 2. Diese Angabe bezieht sich auf einen Freischnitt 6 in Form eines Kreisbogens, der sich radial außenseitig der Lagerzunge 5 befindet.
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Der Freischnitt 6 ist mittels eines Laserschneidverfahrens hergestellt. Er besitzt eine gleich bleibende Dicke. Der Freischnitt 6 mündet in der Bildebene links in die Lageröffnung 7, so dass die Lagerzunge 5 nur an ihren in der Bildebene rechten Ende mit dem Lagerungsbauteil 1 verbunden ist. Dieser Abschnitt wird als Befestigungsabschnitt 8 bezeichnet.
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Zum freien Ende der Lagerzunge 5 hin schließt sich an den Befestigungsabschnitt 8 ein Lagerungsabschnitt 9 an. Der Lagerungsabschnitt 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel etwa dreimal so lang wie der Befestigungsabschnitt 8.
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Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Befestigungsabschnitt 8 ist, dass der Lagerungsabschnitt 9 eine in Radialrichtung gemessene größere Dicke besitzt als der Befestigungsabschnitt 8. Dadurch steht der Lagerungsabschnitt 9 radial innen über den Befestigungsabschnitt 8 vor. Bei Eingriff mit einem aufzunehmenden Bauteil, beispielsweise einem Lagerring, gelangt nur der Lagerungsabschnitt 9 mit diesem Bauteil in Kontakt. Der Befestigungsabschnitt 8 dient lediglich zur Befestigung der Lagerzungen 9 in dem Lagerbauteil.
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Ein Übergangsabschnitt 10 zwischen dem Lagerungsabschnitt 9 und dem Befestigungsabschnitt 8 ist als Schräge ausgebildet. Insgesamt ist jedoch die Lagerzunge 5 sichelförmig gekrümmt, in Anpassung an den Durchmesser der Lageraufnahme 2.
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Die Ausführungsform der 5 bis 10 unterscheidet sich von derjenigen der 1 bis 4 einerseits durch die Anzahl der Lagerzungen als auch durch die Gestaltung der Lagerzungen. Bei der Erläuterung der 5 bis 10 wird auf die zu den 1 bis 4 eingeführten Bezugszeichen zurückgegriffen, sofern im Wesentlichen dieselben Bauteile bezeichnet werden.
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5 zeigt mithin ein Lagerungsbauteil 1a, das sich von demjenigen der 1 bis 4 nur durch die Ausgestaltung der Lageraufnahme 2a unterscheidet. Im Übrigen wird auf die Erläuterung zu 1 verwiesen.
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Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist, dass bei dieser Ausführungsform nicht nur drei Lagerzungen, sondern insgesamt zwölf Lagerzungen 5a über den Umfang verteilt angeordnet sind. Das Lagerbauteil 1a selbst ist jedoch wiederum ein flaches Blechbauteil, wie anhand 7 zu erkennen ist.
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Ein weiterer Unterschied ist, dass die aus der Schnittdarstellung der 9 zu erkennenden Lagerungsabschnitte 9a der Lagerzungen 5a mit randseitigen Fasen 11 versehen sind, die als Einführschräge dienen und damit das Einsetzen von Bauteilen in die Lageraufnahme 2a erleichtern.
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Aus der Darstellung der 10 ist ersichtlich, dass die Lagerzungen 5a wiederum mit einem kreisbogenförmigen Freischnitt 6a hinterschnitten sind.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Befestigungsabschnitt 8a kürzer als der sich an den Befestigungsabschnitt 8a anschließende Lagerungsabschnitt 9a.
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Die Fasen 11 an den Lagerungsabschnitten 9a sind so bemessen, dass diese ausschließlich an dem Lagerungsabschnitt 9a angeordnet sind und nicht an dem Befestigungsabschnitt 8a. Der Befestigungsabschnitt 8a ist mithin um die Breite der Fase 11 schmaler als der Lagerungsabschnitt 9a.
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Darüber hinaus sind die einzelnen Lagerzungen 5a in nicht näher dargestellter Weise gehärtet. Mithin besitzen die Lagerzungen 5a andere Werkstoffeigenschaften als das die Lagerzungen 5a tragende Lagerbauteil 1a.
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Zusätzlich können die Lagerzungen in nicht näher dargestellter Weise seitlich über die in 7 eingezeichneten Stirnseiten 12 hinausragen. Dies erfolgt dadurch, dass die freien Enden 14 seitlich aus der Mittelquerebene M herausgebogen werden, so dass sie einseitig oder auch wechselseitig über die Stirnseiten 12, 13 vorstehen. Hierdurch kann die in Axialrichtung betrachtete Abstützfläche der Lageraufnahme 2 vergrößert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerbauteil
- 1a
- Lagerbauteil
- 2
- Lageraufnahme
- 2a
- Lageraufnahme
- 3
- Bohrung
- 4
- Schaftabschnitt
- 5
- Lagerzunge
- 5a
- Lagerzunge
- 6
- Freischnitt
- 6a
- Freischnitt
- 7
- Lageröffnung
- 8
- Befestigungsabschnitt
- 8a
- Befestigungsabschnitt
- 9
- Lagerungsabschnitt
- 9a
- Lagerungsabschnitt
- 10
- Übergangsabschnitt
- 11
- Fase
- 12
- Stirnseite
- 13
- Stirnseite
- 14
- Ende
- M
- Mittlquerebene
