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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wälzlager, insbesondere der Wälzlager, die in elektrischen Lenkungen von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
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Insbesondere betrifft die Erfindung die Haltekäfige, die einen Umstandsabstand zwischen den Wälzelementen der Wälzlager gewährleisten.
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Eine elektrische Lenkung eines Kraftfahrzeugs umfasst im Allgemeinen ein elektromechanisches Stellglied, das auf der Lenksäule oder auf der unteren Baugruppe liegt, die Maschinenteile umfasst, die dazu bestimmt sind, die Winkelpositionierung der gelenkten Räder des Fahrzeugs zu gewährleisten. Das elektromechanische Stellglied umfasst einen elektrischen Kreiskolbenmotor, dessen Welle von mindestens einem Wälzlager direkt oder mittels eines Kugelschraubtriebsystems getragen wird.
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Das Wälzlager umfasst im Allgemeinen einen inneren Ring, einen äußeren Ring und eine Reihe von Wälzelementen, im Allgemeinen Kugeln, die zwischen den Ringen angeordnet sind.
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Aus dem Dokument
FR-A1-2 911 934 ist ein Haltekäfig für Wälzlager bekannt, umfassend eine Vielzahl von Zellen für die Aufnahme von Kugeln, die jeweils zum Teil durch zwei Klauen definiert sind, die gegenüber einem Steg des Käfigs angeordnet sind. Solche Käfige sind für zahlreiche Anwendungen völlig zufriedenstellend. Bei Anwendungen mit geringer Drehzahl oder Anwendungen, bei denen sich die Drehrichtung plötzlich umkehrt, führt diese Art von Käfigen jedoch zu verschiedenen Schwierigkeiten. Unter der Einwirkung der Kugeln kann sich der Käfig nämlich stark verformen und mit dem inneren Ring in Kontakt kommen, was zu seiner Beschädigung oder sogar seiner Zerstörung führt.
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Ferner wird der Käfig bei einer Richtungsänderung der Belastung, die auf das Wälzlager ausgeübt wird, wie zum Beispiel beim Einschlagen der Räder eines Fahrzeugs, das mit einem elektronischen Lenksystem, wie oben beschrieben, ausgestattet ist, wenn der Fahrer nach links und nach rechts rangiert, um das Fahrzeug zu parken, ebenfalls stark verformt oder sogar zerstört. Im Übrigen kann auch die Montage eines solchen Käfigs auf den Kugeln schwierig durchzuführen sein.
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Aus dem Dokument
FR-A1-2 883 941 ist außerdem ein Käfig für Wälzlager bekannt, umfassend erste Zellen für die Kugeln, die Klauen zum axialen Halten des Käfigs auf den Kugeln aufweisen und zweite Zellen, die keine Klauen zum axialen Halten aufweisen und derart dimensioniert sind, dass den assoziierten Kugeln ein relativ großes Spiel bereitgestellt werden kann, damit sie sich, bezogen auf die zweiten Zellen, radial und in Umfangsrichtung verschieben können.
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Mit einem solchen Käfig ist die Wechselwirkung zwischen den Kugeln, die in den zweiten Zellen gelagert sind, und dem Käfig reduziert. Darüber hinaus sind die Kugeln untereinander beweglich, wodurch sie das Verformungsrisiko im Falle von gegenläufigen Bewegungen von zwei benachbarten Kugeln begrenzen. Darüber hinaus ist die Montage des Käfigs auf den Kugeln insofern leichter, als nur ein Teil der Zellen mit Klauen zum axialen Halten ausgestattet ist.
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Das Einrasten der Klauen auf den Kugeln bei der Montage des Käfigs kann jedoch zur Entstehung kleiner Risse auf dem Käfig führen, was im Betrieb schnell zu einer Beschädigung führen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Nachteile zu beheben.
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Insbesondere ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, einen Käfig für Wälzlager bereitzustellen, der leicht zu montieren ist und eine gute Betriebssicherheit aufweist.
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Die vorliegende Erfindung ist auf darauf gerichtet, einen platzsparenden Käfig bereitzustellen, der ein begrenztes Gewicht und eine geringe Verformbarkeit im Betrieb aufweist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Käfig für ein Wälzlager, der dazu bestimmt ist, den Umfangsabstand einer Reihe von Wälzelementen zu gewährleisten, erste Zellen für erste Wälzelemente der Reihe, die Mittel zum axialen Halten des Käfigs auf den Wälzelementen aufweisen, zweite Zellen für zweite Wälzelemente der Reihe und die keine Mittel zum axialen Halten des Käfigs auf den Wälzelementen aufweisen, und Trennabschnitte, die die ersten und zweiten Zellen voneinander abgrenzen. Jeder Trennabschnitt, der eine der ersten Zellen begrenzt, umfasst eine Ausnehmung, die axial offen ist und radial beiderseits des Trennabschnitts mündet.
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Vorteilhafterweise lässt die Ausnehmung an dem Trennabschnitt einen schmalen Streifen bestehen, der sich an die Wand der ersten assoziierten Zelle anschließt.
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In einer Ausführungsform ist diese Ausnehmung auf der den Zellen gegenüberliegenden Seite axial offen.
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Der Käfig kann einen axialen Abschnitt umfassen, von dem ausgehend sich die Trennabschnitte vorspringend erstrecken. Die Ausnehmungen der Trennabschnitte können in Richtung einer Endfläche des axialen Abschnitts gegenüber den Mitteln zum axialen Halten axial offen sein.
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In einer Ausführungsform umfassen die ersten Zellen eine kugelförmige Wand mit konstanter Dicke.
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Jeder Trennabschnitt, der eine der ersten Zellen begrenzt, kann eine Klaue umfassen, die sich in Umfangsrichtung in Richtung der Klaue des benachbarten Trennabschnitts erstreckt und die Mittel zum axialen Halten bildet.
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In einer Ausführungsform umfassen die Trennabschnitte, die die zweiten Zellen begrenzen, jeweils eine Aussparung, die auf der den Zellen gegenüberliegenden Seite axial und radial nach innen offen ist. Alternativ oder in Kombination umfassen die Trennabschnitte jeweils eine Aussparung, die auf der den Zellen gegenüberliegenden Seite axial und radial nach außen offen ist.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst jeder Trennabschnitt, der eine der zweiten Zellen begrenzt, eine Aussparung, die auf der den Zellen gegenüberliegenden Seite axial offen ist und radial beiderseits des Trennabschnitts mündet.
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Jeder Trennabschnitt, der eine der zweiten Zellen begrenzt, kann eine Ausnehmung umfassen, die auf der Seite der Zellen axial offen ist und radial beiderseits des Trennabschnitts mündet. Die zweiten Zellen können im Wesentlichen zylindrische Seitenwände umfassen.
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Der Käfig kann zum Beispiel einstückig aus Kunststoffmaterial, bevorzugt aus Polymermaterial, ausgeführt sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Wälzlager, das einen äußeren Ring, einen inneren Ring, mindestens eine Reihe von Wälzelementen, die zwischen den Ringen angeordnet sind, und einen Käfig wie zuvor definiert, umfasst.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Lenkung für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens ein Wälzlager wie oben definiert.
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Die vorliegende Erfindung wird bei der Lektüre der ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen besser verstanden, die als nicht beschränkende Beispiele dienen, und sie wird durch die beigefügten Zeichnungen illustriert, worin:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist,
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2 und 3 perspektivische Ansichten des Wälzlagerkäfigs aus 1 sind, und
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4 bis 6 perspektivische Ansichten eines Käfigs gemäß den zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind.
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Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das Wälzlager 10 einen äußeren Ring 12, einen inneren Ring 14, eine Vielzahl von Wälzelementen 16, die hier in Form von Kugeln ausgeführt sind, und einen Käfig 18 zum Aufrechterhalten eines regelmäßigen Umfangsabstands der Wälzelemente. Der äußere Ring 12 und der innere Ring 14 sind massiv. Unter „massivem Ring” ist ein Ring zu verstehen, dessen Form durch maschinelle Bearbeitung mit Spanabtragung (Drehen, Schleifen) aus Rohren, Stäben, Schiede- und Walzrohlingen erhalten wird.
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Der äußere Ring 12 umfasst an seiner Bohrung eine Lauffläche mit tiefer Nut, die im Querschnitt ein konkaves Innenprofil aufweist, das an die Wälzelemente 16 angepasst ist, wobei die Lauffläche radial nach innen gerichtet ist. Der innere Ring 14 umfasst an seiner äußeren zylindrischen Oberfläche auch eine Lauffläche mit tiefer Nut, die im Querschnitt ein konkaves Innenprofil aufweist, das an die Wälzelemente 16 angepasst ist, wobei die Lauffläche radial nach außen gerichtet ist. Der Käfig 18 ist radial zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Rings 14 und der Bohrung des äußeren Rings 12 angeordnet.
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Wie in den 2 und 3 sichtbarer illustriert, umfasst der Käfig 18 einen ringförmigen axialen Abschnitt 20, der vorgesehen ist, um axial auf einer Seite der Wälzelemente angeordnet zu werden und einen Steg zu bilden, und Trennabschnitte 22 oder Trennfinger, die sich ausgehend von dem axialen Abschnitt 20 von der gegenüberliegenden Seite zu einer radialen Endfläche 20a des Abschnitts axial erstrecken. Die Trennabschnitte 22 sind mit dem axialen Abschnitt 20 einstückig hergestellt und grenzen die Zellen 24 voneinander ab, in denen die Wälzelemente angeordnet sind.
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Die Trennabschnitte 22 weisen, bezogen auf den axialen Abschnitt 20, die Form von axial vorspringenden Zapfen auf, wobei die Abschnitte von einer inneren Oberfläche, die an der Bohrung des axialen Abschnitts 20 ausgerichtet ist, und von einer äußeren Oberfläche, die an der äußeren Oberfläche des axialen Abschnitts ausgerichtet ist, radial begrenzt werden. Die Trennabschnitte 22 sind in Umfangsrichtung von im Wesentlichen zylindrischen, axialen Seitenwänden begrenzt, die die Zellen 24 definieren. Der Durchmesser des Zylinders, der die Wände jeder Zelle 24 definiert, ist größer als derjenige der Wälzelemente, damit den Wälzelementen ein Spiel bereitgestellt werden kann, damit sie sich, bezogen auf die Zellen 24, radial und in Umfangsrichtung verschieben können. Jede Zelle 24 ist radial nach innen und nach außen offen und an der gegenüberliegenden Seite des axialen Abschnitts 20 axial offen, um den Einbau des Käfigs 18 zu ermöglichen. Die Zellen 24 weisen eine axiale Öffnung auf, die zylindrische Wände oder Ränder aufweist, um die Reibung der Wälzelemente auf dem Käfig zu reduzieren.
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Jeder Trennabschnitt 22 umfasst eine Ausnehmung 26, die an seinem freien Ende ausgebildet und die an der dem axialen Abschnitt 20 gegenüberliegenden Seite axial offen ist. Die Ausnehmungen 26 münden radial käfigeinwärts und käfigauswärts. Anders ausgedrückt mündet jede Ausnehmung 26 radial beiderseits des assoziierten Trennabschnitts 22. Jede Ausnehmung 26 begrenzt auf dem assoziierten Trennabschnitt 22 zwei im Wesentlichen zylinderförmige axiale Vorsprünge 28, die dem axialen Abschnitt 20 axial gegenüberliegen und die Seitenwände des Trennabschnitts axial verlängern. Die Vorsprünge 28 sind nicht geeignet, ein axiales Halten des Käfigs auf den Wälzelementen zu gewährleisten. Die Zellen 24 weisen keine solchen Mittel zum axialen Halten auf.
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Der Käfig 18 umfasst auch gemischte Trennabschnitte 30, die Zellen 32 definieren, die keine Mittel zum axialen Halten des Käfigs auf den Wälzelementen aufweisen. Wie im Folgenden beschrieben werden wird, weisen die gemischten Trennabschnitte 30 eine hohle Struktur auf, um die Biegsamkeit der Zellen 32 zu fördern.
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In der illustrierten Ausführungsform umfasst der Käfig 18 sechs gemischte Trennabschnitte 30, die paarweise drei Zellen 32 definieren, während es neun Zellen 24 und sechs Trennabschnitte 22 gibt. Die Zellen 32 weisen eine im Allgemeinen kugelige Form auf, die darauf gerichtet ist, die assoziierten Wälzelemente zu umgeben. Die Zellen 32 sind in Umfangrichtung gleichmäßig verteilt, um ein axiales regelmäßiges Halten des Käfigs 18 auf den Wälzelementen zu gewährleisten.
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Die gemischten Trennabschnitte 30 weisen, bezogen auf den axialen Abschnitt 20, die Form von axial vorspringenden Fingern oder Zapfen auf, und sind radial von inneren und äußeren Oberflächen begrenzt, die an der Bohrung bzw. an der äußeren Oberfläche des axialen Abschnitts 20 ausgerichtet sind. Jeder gemischte Trennfinger 30 weist auf einer Seite in Umfangsrichtung eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand auf, um mit einem benachbarten Trennabschnitt 22 eine der Zellen 24 neben der Zelle 32 zu bilden, und weist auf der anderen Seite eine kugelförmige Wand auf, die sich an die kugelförmige Wand des benachbarten gemischten Trennabschnitts 30 anschließt, um die eigentliche Zelle 32 zu bilden. Die Wand jeder Zelle 32 ist kugelförmig und bildet eine Schale mit konstanter Dicke für die Aufnahme des assoziierten Wälzelements. Dies ermöglicht es, Zellen 32 zu erhalten, die eine gute Biegsamkeit aufweisen.
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Jeder Trennfinger 30 umfasst eine Klaue 34, die sich axial gegenüber dem axialen Abschnitt 20 erstreckt und deren freies Ende sich in Umfangsrichtung in Richtung der Klaue 34 gegenüber dem benachbarten gemischten Trennabschnitt 30 erstreckt, um die gleiche Zelle 32 zu begrenzen. Die konkave innere Oberfläche jeder Klaue 34 ist Teil der kugelförmigen Wand der Zelle 32. Die zwei Klauen 34, die mit einer Zelle 32 assoziiert sind, erstrecken sich aufeinander zu, wobei ihre freien Enden in einem Abstand voneinander entfernt sind, der kleiner ist als der Durchmesser der Wälzelemente. Die Klauen 34 einer Zelle sind in der Lage, das axiale Halten des Käfigs 18 durch Einrasten auf dem Wälzelement, das in der Zelle angeordnet ist, zu gewährleisten. Der Käfig 18 wird auf der Reihe der Wälzelemente durch Klauen 34 axial gehalten.
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Jeder gemischte Trennabschnitt 30 umfasst auch einen axialen Vorsprung 36, der zylinderförmig ist und sich gegenüber dem axialen Abschnitt 20 axial erstreckt. Der Vorsprung 36 jedes gemischten Trennabschnitts 30 begrenzt, zum Teil mit dem Vorsprung 28 des benachbarten Trennabschnitts 22, eine der Zellen 24, die keine Mittel zum axialen Halten aufweisen. Jeder Vorsprung 36 ist nicht geeignet, um, bezogen auf das Wälzelement, das in der Zelle 24 neben der Zelle 32 angeordnet ist, ein axiales Halten des Käfigs zu gewährleisten.
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Die Klaue 34 und der Vorsprung 36 jedes gemischten Trennabschnitts 30 sind in Umfangsrichtung durch eine Aussparung 38 derart getrennt, dass die Klaue 34 eine relativ geringe Umfangsdicke und eine gewisse Biegsamkeit aufweist, die das Einrasten des Käfigs 18 auf den Wälzelementen durch den Umfangsabstand der Klauen 34 bei einem Axialschub ermöglicht, der auf den axialen Abschnitt 20 des Käfigs in Richtung dieser Wälzelemente ausgeübt wird. Jede Aussparung 38 ist am freien Ende des assoziierten gemischten Trennabschnitts 30 ausgebildet und ist an der dem axialen Abschnitt 20 gegenüberliegenden Seite axial offen. Jede Aussparung 38 erstreckt sich axial in Richtung der Endfläche 20a und mündet radial käfigeinwärts und käfigauswärts. Anders ausgedrückt mündet jede Aussparung 38 radial beiderseits des assoziierten gemischten Trennabschnitts 30. Jede Zelle 32 ist radial nach innen und nach außen offen und an der dem axialen Abschnitt 20 gegenüberliegenden Seite ebenfalls axial offen, um den Einbau des Käfigs 18 zu ermöglichen.
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Jeder gemischte Trennabschnitt 30 umfasst noch eine Ausnehmung 40, die sich ausgehend von der Endfläche 20a des axialen Abschnitts axial erstreckt. Die Ausnehmung 40 erstreckt sich axial bis in die Nähe der Aussparung 38, die zwischen der Klaue 34 und dem Vorsprung 36 eingerichtet ist, wobei sie zwischen ihnen axial einen schmalen Streifen 42 mit geringer Dicke bestehen lässt, der sich an die kugelförmige Wand der assoziierten Zelle 32 anschließt. Die Ausnehmung 40 mit einer im Allgemeinen rechteckigen Form liegt axial in der Verlängerung der Aussparung 38. Die Ausnehmung 40 ist an der den Zellen 24, 32 gegenüberliegenden Seite axial offen. Die Ausnehmung 40 mündet radial beiderseits des assoziierten Trennabschnitts 30. Die Ausnehmung 40 mündet radial einwärts in der Bohrung des axialen Abschnitts 20 des Käfigs und radial auswärts an der äußeren Oberfläche des Trennfingers. Die mündende Ausnehmung 40 durchdringt die Dicke des Trennabschnitts 30. Die Ausnehmung 40 wird in Umfangsrichtung von dem gemischten Trennabschnitt 30 und von der kugelförmigen Wand der Zelle 32 begrenzt. Die Ausnehmung 40 liegt in Umfangsrichtung zwischen der Zelle 32 und der benachbarten Zelle 24.
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Die benachbarten gemischten Trennabschnitte 30, die zwischen sich die Zellen 32 definieren, umfassen beiderseits der Zelle zwei Ausnehmungen 40, die zur Endseite 20a des axialen Abschnitts axial und radial von der inneren Seite und der äußeren Seite offen sind, und zwei biegsame schmale Streifen 42, die von diesen Ausnehmungen begrenzt sind. Jede Zelle 42 ist, bezogen auf die Klaue 34, zur Endfläche 20a des axialen Abschnitts axial versetzt. Die Ausnehmungen 40 bilden auf dem Käfig 18 Bereiche lokaler Schwächung der mechanischen Festigkeit des Käfigs aus, die die Verformung der schmalen Streifen 42 auf der Seite des axialen Abschnitts 20 und die Biegsamkeit der Zelle 32 axial fördern. Ferner bilden die Ausnehmungen 40 Aussparungen, die durch die Verringerung der Menge an eingesetztem Material eine Gewichtsverminderung des Käfigs 18 ermöglichen. Der Käfig 18 wird vorteilhafterweise einstückig durch Gießen eines Polymermaterials, wie zum Beispiel Polyamid, insbesondere PA66 oder PA46, oder auch eines Polyetheretherketons (PEEK), ausgeführt.
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Die in 4 illustrierte Ausführungsvariante, in der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich allein dadurch, dass jeder Trennabschnitt 22 des Käfigs auf seiner inneren Oberfläche eine Aussparung 50 umfasst, die sich axial ausgehend von der Endfläche 20a des axialen Abschnitts bis in die Nähe der Ausnehmung 26 erstreckt. Die Aussparung 50 ist an der den Zellen 24 und 32 gegenüberliegenden Seite in Richtung der Endfläche 20a axial offen, mündet radial einwärts in der Bohrung des axialen Abschnitts des Käfigs und wird radial auswärts von dem Trennabschnitt 22 begrenzt. Jede Aussparung 50 weist eine im Allgemeinen rechteckige Form auf.
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Als Variante, wie in 5 illustriert, in der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, umfasst jeder Trennabschnitt 22 des Käfigs auf seiner äußeren Oberfläche eine Aussparung 52, die sich axial ausgehend von der Endfläche 20a des axialen Abschnitts bis in die Nähe der Ausnehmung 26 erstreckt. Die Aussparung 52 ist an der den Zellen 24 und 32 gegenüberliegenden Seite axial offen, mündet radial auswärts und wird radial einwärts von dem Trennabschnitt 22 begrenzt. Jede Aussparung 52 weist eine im Allgemeinen rechteckige Form auf.
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In einer anderen, in 6 illustrierten Ausführungsvariante, in der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, umfasst jeder Trennabschnitt 22 des Käfigs eine Aussparung 54, die sich axial ausgehend von der Endfläche 20a des axialen Abschnitts bis in die Nähe der Ausnehmung 26 erstreckt. Die Aussparung 54 ist an der den Zellen 24 und 32 gegenüberliegenden Seite axial offen und mündet radial einwärts in der Bohrung des axialen Abschnitts 20 des Käfigs und radial auswärts an der äußeren Oberfläche des Trennfingers. Jede Aussparung 54 weist eine im Allgemeinen rechteckige Form auf.
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Dank der Erfindung weisen die Zellen des Käfigs, der mit Mitteln zum Halten oder zum Einrasten auf den Wälzelementen ausgestattet ist, eine erhöhte Biegsamkeit in axialer Richtung auf, wodurch die Entstehung von Rissen verhindert werden kann, wenn der Käfig durch Axialschub auf den Wälzelementen montiert wird. Die Ausnehmungen ermöglichen es, die Biegsamkeit des Käfigs lokal zu erhöhen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2911934 A1 [0005]
- FR 2883941 A1 [0007]
