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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig mit wenigstens einer Ringscheibe, die aus einer Anzahl von an Fügestellen verbundenen Segmenten zusammengesetzt ist, und mit einer Anzahl von Querstegen. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wälzlagerkäfigs.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlager weisen typischerweise einen Außenring und einen Innenring auf, zwischen denen die Wälzkörper angeordnet sind. Zur Führung und Beabstandung der Wälzkörper sind diese häufig in einem Wälzlagerkäfig angeordnet. Ein derartiger Käfig vereinfacht auch die Montage, da er als Einheit mit den Wälzkörpern verbaut werden kann, und so ein umständliches Hantieren mit einzelnen Wälzkörpern vermieden ist.
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Üblicherweise wird ein Wälzlagerkäfig aus einer Ronde als Topf gezogen. Anschließend werden die Taschen zur Aufnahme der Wälzkörper radial aus dem Topf gestanzt. Zur endgültigen Formgebung sind gegebenenfalls weitere Bearbeitungsschritte erforderlich. Ein solches Herstellungsverfahren erfordert einen hohen Materialaufwand und hohe Werkzeugkosten.
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Aus der
WO 2009056310 A2 ist ein Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art bekannt, wobei die Ringscheibe und die Querstege als Einzelteile gefertigt sind und zum fertigen Wälzlagerkäfig montiert werden. Die Einzelteile werden insbesondere aus einem Stangen- oder Bandmaterial abgelängt. Bei der Herstellung der Taschen fällt ein nur geringer Materialabfall an. Der Wälzlagerkäfig ist vergleichsweise kostengünstig zu fertigen.
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Aus der
DE 10 2010 018 920 A1 ist weiter ein Wälzlagerkäfig bekannt, wobei zwei Ringscheiben über eine Anzahl von einzelnen Querstegen miteinander verbunden werden. Die Ringscheiben sind einstückig gefertigt. Die Querstege dienen zugleich zum radialen und axialen Halten der Wälzkörper. Auch hier entfällt ein Materialabfall bei der Herstellung der Taschen.
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Nachteiligerweise gestaltet sich die Montage der einzelnen Teile zum Wälzlagerkäfig vergleichsweise aufwändig.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzlagerkäfig anzugeben, der sich im Vergleich zu einem aus Einzelteilen montierten Wälzlagerkäfig nach Stand der Technik einfacher montieren lässt.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird für einen Wälzlagerkäfig der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Querstege an den Segmenten jeweils beabstandet zu den Fügestellen befestigt sind.
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Mit anderen Worten schlägt die Erfindung vor, bei einer segmentierten Ringscheibe die Querelemente und die Segmente nicht an einer gemeinsamen Fügestelle miteinander zu verbinden, sondern die Querelemente an den Segmenten an einer Stelle zu verbinden, die von den Fügestellen der Segmente beabstandet ist, insbesondere also an einer Stelle zwischen den Fügestellen.
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Die Erfindung geht zunächst von der Überlegung aus, eine Ringscheibe aus einer Anzahl von Segmenten zusammenzusetzen. An diese Ringscheibe oder zwischen zwei Ringscheiben werden dann einzelne Querelemente befestigt, zwischen denen die Wälzkörper aufgenommen werden. Durch die Fertigung von vergleichsweise einfach konstruierten Einzelteilen, aus denen in modularer Bauweise der komplexere Wälzlagerkäfig zusammengesetzt wird, verringert sich der Materialverbrauch. Auch sind für die Einzelteile der Transport, die Lagerhaltung oder Behandlungsschritte wie Reinigen gegenüber dem Käfig als solchem vereinfacht. Zudem sind die Werkzeugkosten zur Herstellung der Einzelteile niedriger als zur Herstellung des komplexeren Wälzlagerkäfigs durch Ziehen und/oder Umformen.
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In einem weiteren Schritt erkennt die Erfindung, dass die Montage der Segmente und der Querstege zum Wälzlagerkäfig jeweils an einer gemeinsamen Fügestelle aufwändig ist, da wenigstens drei Teile jeweils miteinander verbunden werden müssen. Werden die Fügestellen der Segmente und die Verbindungs- oder Fügestellen der Querstege voneinander räumlich getrennt, so sind jeweils nur zwei Einzelelemente miteinander zu verbinden. Zudem kann die Montage der Segmente und die Montage der Querstege auch zeitlich entkoppelt werden. Die Montage ist somit vereinfacht. Auch erlaubt es die Erfindung, für die Segmente und für die Querstege jeweils unterschiedliche Fügetechniken vorzusehen. So können beispielsweise die Segmente miteinander mittels Formschluss und die Querstege an den Segmenten mittels Materialschluss oder umgekehrt befestigt bzw. gefügt werden.
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Die einzelnen Segmente können an sich in beliebiger Weise zur Ringscheibe zusammengesetzt werden. Die Fügestellen der Segmente zueinander können beispielsweise stumpf oder puzzleartig mittels komplementär ausgebildeter Formschlusselemente ausgebildet sein. Die zusammengesetzten Segmente können zur Fügung miteinander vernietet, verschweißt, verstemmt, vertoxt, verlötet oder verklebt sein. Bei einem Vertoxen entsteht im Unterschied zu einem Verstemmen durch eine lokale Kaltverformung der zu verbindenden Bauteile ein punktförmiger anstelle eines sickenartigen unlösbaren Formschlusses. Werden die einzelnen Segmente per Formschluss zusammengesetzt, besitzen die zusammengesetzten Segmente bereits vor der Fügung einen gewissen Grundhalt.
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Die Einzelteile können aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere können die Einzelteile durch Sintern hergestellt werden.
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Bevorzugt sind die Segmente als einzelne Ringsektoren ausgebildet, die in Umfangsrichtung zur Ringscheibe aneinander gefügt sind. Dies erlaubt bei einfacher Ausgestaltung der Segmente eine einfache Montage. Sind die Segmente an den Fügestellen mittels eines Formschlusses radial fixiert, entsteht die Ringscheibe beim Zusammensetzen der Segmente zwangsläufig. Zur Montage wird kein Formwerkzeug benötigt.
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Auch die Querstege können an den Segmenten durch einen Form-, Material- oder Kraftschluss befestigt werden. Die Querstege können mit den Segmenten vernietet, verschweißt, verstemmt, vertoxt, verlötet oder verklebt sein. Zweckmäßigerweise weisen die Segmente jeweils eine Anzahl von axialen Durchbrüchen auf, in die je ein Quersteg eingreift. Hierdurch wird die mechanische Stabilität des Wälzlagerkäfigs verbessert. Zudem wird vor der Fügung der Querstege mit den Segmenten bereits beim Zusammensetzen der Einzelteile ein Grundhalt der geometrischen Form erreicht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Wälzlagerkäfigs sind die Querstege jeweils mit einem Zapfen in die Durchbrüche gefügt. Der Zapfen wird in dem Durchbruch insbesondere durch eine plastische Verformung fest mit dem jeweiligen Segment verbunden. Dazu weisen die Zapfen beispielsweise eine größere Länge auf als die Dicke der Ringscheibe. Die überstehenden axialen Enden der Zapfen werden dann aufgeweitet, insbesondere vernietet oder vertaumelt.
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Die Befestigung der Querstege an den Segmenten beabstandet von deren Fügestellen erlaubt es auch, die segmentierte Ringscheibe insbesondere in axialer Richtung mehrlagig nach Art eines Mauerwerks auszubilden, wobei die Fügestellen der Segmente einer Lage von Segmenten einer anderen Lage überdeckt sind. Hierdurch wird die mechanische Stabilität der als ein Segmentverbund hergestellten Ringscheibe deutlich erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst daher die wenigstens eine segmentierte Ringscheibe in axialer Richtung wenigstens zwei Lagen von Segmenten, wobei die Lagen relativ zueinander gedreht sind. Bei dieser Ausgestaltung können zudem die einzelnen Segmente aus vergleichsweise dünnem Material kostengünstig gefertigt werden, beispielsweise aus einem Blech gestanzt sein. Die axiale Dicke der Ringscheibe resultiert dann aus der Anzahl der geschichteten Segmentlagen. Zu dem erwähnten stabilen Aufbau der aus einer Anzahl von Segmentlagen geschichteten Ringscheibe sind bevorzugt die Lagen von Segmenten zueinander derart gedreht, dass die Fügestellen zwischen den Segmenten der Lagen zueinander versetzt sind.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung umfasst jedes Segment axiale Durchbrüche, wobei die Lagen von Segmenten zueinander derart gedreht sind, dass die jeweiligen Durchbrüche der Segmente der Lagen zueinander fluchten. Dies erlaubt einen besonders stabilen und vergleichsweise einfachen Aufbau des Wälzlagerkäfigs, da die übereinander liegenden Segmente verschiedener Lagen über die Durchbrüche gemeinsam mit den Querelementen verbunden werden können. Über die Anzahl von Durchbrüchen pro Segment ist die Anzahl der Möglichkeiten zur Verdrehung der Lagen zueinander vorgegeben. Auch ein einziger unsymmetrisch angeordneter Durchbruch erlaubt eine derartige Schichtung, wobei die Segmente der einzelnen Schichten zueinander dann beispielsweise um eine radiale Achse zu drehen sind. Der mehrlagige Aufbau insgesamt ist durch die in den Durchbrüchen gefügten Querelemente stabilisiert. Sind die Querelemente mit die Durchbrüche durchgreifenden Zapfen an die Ringscheibe gefügt, können die einzelnen Segmente der verschiedenen Lagen zunächst auf den Zapfen gestapelt werden, bevor sie dann beispielsweise durch eine plastische Verformung angebunden werden.
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Vorteilhafterweise ist die wenigstens eine Ringscheibe aus identischen Segmenten zusammengesetzt. Insgesamt müssen so weniger Einzelelemente verschiedener Form gefertigt oder vorgehalten werden.
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Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagerkäfigs an, wobei eine Anzahl von Segmenten wenigstens einer Ringscheibe und eine Anzahl von Querstegen an Fügestellen miteinander verbunden werden. Dabei ist vorgesehen, die jeweiligen Querstege mit den Segmenten beabstandet von den Fügestellen zu verbinden.
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Die Herstellung der Segmente und/oder Querstege kann beliebig erfolgen. So können diese Elemente beispielsweise gestanzt, gefräst, lasergeschnitten oder wasserstrahlgeschnitten werden. Die gegebenenfalls vorgesehenen Formschlusselemente an den Fügestellen der Segmente oder zur Anbindung der Querstege können in einem Arbeitsgang mit den Segmenten oder Querstegen oder in separaten Arbeitsschritten eingebracht werden.
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Als Ausgangsmaterial für die Segmente und/oder Querstege wird dabei wie erwähnt zweckmäßigerweise ein Metall oder ein Kunststoff gewählt. Die Einzelelemente können insbesondere durch Sintern hergestellt werden.
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Die zu den vorteilhaften Weiterbildungen des Wälzlagerkäfigs genannten Vorteile können sinngemäß auf das Herstellungsverfahren übertragen werden. Bevorzugt können die einzelnen Segmente in mehreren Lagen zu der Ringscheibe gestapelt werden, wobei die Segmente mit ihren jeweiligen Durchbrüchen unter einem Versatz der Fügestellen auf Zapfen der Querstege gestapelt werden. Anschließend werden die Zapfen an den Durchbrüchen mit den Segmenten und gegebenenfalls die Segmente an den Fügestellen miteinander gefügt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagerkäfigs aus zwei segmentierten und mittels Querstegen verbundenen Ringscheiben,
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2 eine perspektivische Ansicht eines als Ringsektor ausgebildeten Segments des Wälzlagerkäfigs aus 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Querstegs des Wälzlagerkäfigs aus 1 und
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4 eine perspektivische Ansicht des teilweise zusammengesetzten Wälzlagerkäfigs aus 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines aus Einzelelementen gefügten Wälzlagerkäfigs 2 mit teilweise eingesetzten Wälzkörpern 4. Der Wälzlagerkäfig 2 umfasst zwei konzentrisch angeordnete, jeweils segmentierte Ringscheiben 6, die durch Querstege 8 miteinander verbunden sind. Die Wälzkörper 4 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Querstegen 8 verliersicher gehalten. Die Verliersicherheit ist im Vormontagezustand durch eine elastische Verformung der Querstege 8 realisiert. Die Wälzkörper 4 sind jeweils als Kegelrollen ausgebildet. Der Wälzlagerkäfig 2 ist für ein Kegelrollenlager konzipiert. Die beiden Ringscheiben 6 unterscheiden sich in ihrem Durchmesser.
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Die Ringscheiben 6 sind in Umfangsrichtung aus einer Vielzahl von identischen Segmenten 10 zusammengesetzt. Die Segmente 10 haben dabei die Form eines Ringsegments. Ein einzelnes dieser Segmente 10 ist in 2 dargestellt. Die Segmente 12 sind an ihren Fügestellen 12 jeweils mittels eines Formschlusses miteinander verbunden. Der Formschluss ist jeweils puzzleartig durch zwei zueinander komplementär ausgebildete Formschlusselemente 14, 16 ausgebildet. Durch den gezeigten Formschluss ist insbesondere die radiale Position der Segmente 10 zueinander fixiert. Durch Aneinanderreihen der einzelnen Segmente 10 in Umfangsrichtung ergibt sich die Form der jeweiligen Ringscheibe 6.
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Jedes Segment 10 weist entsprechend 2 drei in Umfangsrichtung versetzte axiale Durchbrüche 18 auf. In diesen Durchbrüchen 18 sind die Querstege 8 jeweils formschlüssig aufgenommen. Im montierten Zustand entsprechend 1 ist jeweils ein axiales, aus den Durchgangsöffnungen 18 herausragendes Ende 20 der Querstege 8 an den Segmenten 10 vernietet.
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Jede Ringscheibe 6 des Wälzlagerkäfigs 2 entsprechende 1 ist aus zwei Lagen 25, 26 von Segmenten 10 zusammengesetzt. Dabei ist die Lage 25 relativ zur Lage 26 um einen Abstand der Durchbrüche 18 der Segmente 10 gedreht. Somit fluchten die Durchbrüche 18 der Segmente 10 der einzelnen Lagen 25, 26 zueinander, während die Fügestellen 12 der Lagen 25, 26 in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Dies ergibt eine verbesserte mechanische Stabilität des Aufbaus. Aus dünnen Einzelelementen kann eine Ringscheibe 6 mit einer größeren axialen Dicke zusammengesetzt werden. Die Querstege 8 sind mit ihren axialen Ende jeweils durch die fluchtenden Durchbrüche 18 beider Lagen 25, 26 geführt. Der genaue Aufbau der geschichteten Ringscheiben 6 wird weiter aus 4 ersichtlich.
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3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen einzelnen Quersteg 8 vor seinem Einbau in den Wälzlagerkä2 aus 1. Der Quersteg 8 weist an seinen beiden axialen Enden jeweils einen Zapfen 22 auf, der in eine der Durchgangsöffnungen 18 der Segmente 10 eingesetzt werden kann. Die überstehenden Enden dieser Zapfen 22 werden nach dem Zusammensetzen vernietet oder vertaumelt, so dass die Querstege 8 an den Seitenscheiben 10 gefügt sind. Jeder Quersteg 8 weist einen Durchbruch 23 auf, in den die zwischen zwei benachbarten Querstegen 8 eingesetzten Wälzkörper 4 teilweise eintauchen. Um beim Abrollen eines Außenrings gegenüber einem Innenring in einem nicht weiter dargestellten Wälzlager die Reibung der Wälzkörper 4 am Wälzlagerkä2 zu verringern, ist an einer Seite des Durchbruchs 23 weiter eine sich radial nach innen erstreckende Nase 24 ausgebildet. Die ausgebildeten Einschnitte 28 dienen insbesondere als Durchlass für einen Schmierstoff wie Fett oder Öl. Der in den Durchbruch 23 teilweise eintauchende Wälzkörper 4 hat im montierten Zustand des Wälzlagers eine verringerte Kontaktfläche mit dem Quersteg 4. Die Kanten im Durchbruch 23 können insbesondere angefast sein.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des teilweise zusammengesetzten Wälzlagerkäfigs 2 entsprechend 1. Es ist gut zu erkennen, dass die Ringscheiben 6 axial jeweils aus zwei Lagen 25, 26 von Segmenten 10 geschichtet werden. Dabei sind die Segmente 10 der Lagen 25, 26 jeweils zueinander in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 2 um einen Abstand der Durchbrüche 18 lageversetzt, so dass ein Segment 10 einer Lage 25, 26 einerseits jeweils die Fügestelle 12 der Segmente 10 der anderen Lage 25, 26 bedeckt, andererseits jedoch die Durchbrüche 18 der Segmente 10 miteinander fluchten.
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Durch die fluchtenden Durchbrüche 18 der axial aufeinanderliegenden Segmente 10 der verschiedenen Lagen 25, 26 sind die Zapfen 22 der Querstege 8 geführt. Nach dem fertigen Aufbau des Wälzlagerkäfigs 2 werden die aus den Durchbrüchen 18 axial hervorragenden Enden der Zapfen 22 vernietet oder vertaumelt, so dass sich eine unlösbare Verbindung aller Einzelteile des gezeigten Wälzlagerkäfigs 2 ergibt, wodurch der Wälzlagerkäfig 2 seine für den Einsatz in einem Wälzlager notwendige Steifigkeit erhält.
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Der gezeigte Wälzlagerkäfig 2 begünstigt eine bessere Wartung eines damit ausgestatteten Wälzlagers. Sollte eines der Einzelteile des Wälzlagers beispielsweise aufgrund von Materialermüdung ausfallen, so können die Einzelteile des Wälzlagers zerstörungsfrei demontiert werden. Anschließend kann das ausgefallene Einzelteil des Wälzlagers herausgenommen und ausgetauscht werden. Nach dem Austausch kann das Wälzlager wieder zusammengesetzt werden.
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Zum Einsetzen der Wälzkörper 4 werden diese zwischen zwei Querstege 8 gedrückt, bis sie in die Durchbrüche 23 der Querstege 8 eintauchen. Durch eine elastische Verformung der Querstege 8 resultiert ein Selbsthalt der Wälzkörper 4. Diese erlaubt eine einfache Montage des Wälzlagerkäfigs 2.
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Zur Herstellung des Wälzlagerkäfigs 2 können die Segmente 10 und die Querstege 8 beispielsweise aus einem Blech durch Stanzen, Sägen, Fräßen, Schneiden oder jedes andere beliebige Schnittverfahren herausgearbeitet werden. Durch die Herstellung von gleichartigen Einzelteilen vergleichsweise einfacher Form fällt wenig Abfallmaterial bei der Herstellung an. Auch ist eine Herstellung der Einzelteile durch Sintern oder als Spritzgussteile aus Kunststoff möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Wälzlagerkäfig
- 4
- Wälzkörper
- 6
- Ringscheibe
- 8
- Quersteg
- 10
- Segment
- 12
- Fügestelle
- 14
- Formelement
- 16
- Formelement
- 18
- Durchbruch
- 20
- axiales Ende
- 22
- Zapfen
- 23
- Durchbruch
- 24
- Nase
- 25
- erste Lage
- 26
- zweite Lage
- 28
- Einschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009056310 A2 [0004]
- DE 102010018920 A1 [0005]
