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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Käfigteil für einen Wälzlagerkäfig, mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Steg, an dessen Enden ein erster Stützarm und ein zweiter Stützarm angeordnet sind, die sich jeweils in einer zur Längsrichtung senkrechten ersten Querrichtung beidseits über den Steg hinaus erstrecken. Die Erfindung betrifft weiter einen Wälzlagerkäfig, der aus einer Mehrzahl der vorgenannten Käfigteile zusammengesetzt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei großen Wälzlagern ist zur Beabstandung und Führung der Wälzkörper standardmäßig der Einsatz eines so genannten Bolzenkäfigs bekannt, wie er in der
DE 10 2004 025 796 A1 gezeigt ist. Nachteiligerweise ist ein solcher Bolzenkäfig nur sehr aufwändig zu fertigen, sowie zu montieren. Zusätzlich müssen bei einem Bolzenkäfig die Wälzkörper durchbohrt werden, sodass diese mithilfe der Bolzen auf Abstand gehalten werden.
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Andererseits ist es zur Beabstandung von Wälzkörpern in einem Wälzlager auch bekannt, sogenannte Zwischenstücke zwischen den Wälzkörpern einzusetzen. Derartige Zwischenstücke sind beispielsweise in der
DE 10 2009 016 017 B4 beschrieben. Nachteiligerweise kann es aber auch mit solchen Zwischenstücken bei großen Wälzlagern mit schweren Wälzkörpern und bei horizontaler Ausrichtung der Welle zu einer unerwünschten Klemmung von Wälzkörpern kommen. Bei langsamer Drehung bleiben einzelne Wälzkörper im Rahmen des Betriebsspiels stehen und stützen sich dann auf benachbarte Wälzkörpern ab. Hierdurch kann es zu einer Klemmung eines Wälzkörpers kommen. Je nach Belastung kann dieser Wälzkörper im Wälzlager rutschen bzw. gleiten oder drehen. Das Rutschen eines Wälzkörpers unter Belastung ist jedoch in einem Wälzlager zu vermeiden, da hierbei ein unerwünschter Verschleiß in der Laufbahn auftritt.
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In der
DE 1 207 719 A sind zum Führen und Beabstanden von Wälzkörpern Zwischenstücke in einer H-Form bekannt, über die verhindert ist, dass sich benachbarte Wälzkörper aufeinander abstützen. Dazu sind die Zwischenstücke in ringförmigen Seitenteilen beabstandet zueinander geführt. Im Rahmen des Betriebsspiels ist es einem Wälzkörper nicht möglich, ein Zwischenstück dem benachbarten Wälzkörper aufzuschieben. Stoßen die im Seitenring geführten Zwischenstücke aneinander, verbleibt für den Wälzkörper in Umfangsrichtung noch ein Spiel in der gebildeten Käfigtasche. Nachteilig an dieser Lösung ist es jedoch, dass die H-förmigen Zwischenstücke zur Führung mit zwei zusätzlichen Seitenteilen befestigt werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Käfigteil der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich in einfacher und kostengünstiger Weise ein alternativer Wälzlagerkäfig zur Führung und Beabstandung von Wälzkörpern bilden lässt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die gestellte Aufgabe wird für ein Käfigteil mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Steg, an dessen Enden ein erster Stützarm und ein zweiter Stützarm angeordnet sind, die sich jeweils in einer zur Längsrichtung senkrechten ersten Querrichtung beidseits über den Steg hinaus erstrecken, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stützarme jeweils zwei entgegengesetzt zueinander vom Steg abgewinkelte Halbarme umfassen, die in einer zur ersten Querrichtung und zur Längsrichtung senkrechten zweiten Querrichtung zueinander versetzt sind.
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Das angegebene Käfigteil lässt sich kostengünstig aus einem Blechstreifen fertigen, dessen Enden in zwei zueinander parallele Abschnitte aufgetrennt ist. Zum fertigen Käfigteil werden die beiden Abschnitte an den jeweiligen Enden des Blechstreifens in entgegengesetzte Richtungen voneinander weggebogen. Es entsteht ein im Wesentlichen H-förmiges Käfigteil, wobei die beiden Seitenarme des H (gegeben als Stützarme) jeweils mit zwei separaten Halbarmen (die entgegengesetzt abgebogenen Abschnitte des Blechstreifens) gebildet sind, die senkrecht zur Betrachtungsebene des H (in zweiter Querrichtung) zueinander versetzt sind. Über den Versatz der beiden Halbarme in zweiter Querrichtung ist es ermöglicht, das Käfigteil zwischen einem Innenring und einem Außenring eines Wälzlagers bordgestützt zu führen. Dabei werden jeweils ein Halbarm eines Stützarms am Innenring und der andere Halbarm des Stützarms am Außenring geführt. Zusätzliche Seitenteile zur Führung und zur Befestigung der Käfigteile sind nicht erforderlich. Der Steg des Käfigteils ist in montiertem Zustand mit seiner Längsrichtung in axialer Richtung des Wälzlagers ausgerichtet.
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Zwischen den in die gleiche Richtung abgebogenen Halbarmen des ersten und des zweiten Stützarms jeden Käfigteils wird eine Halbtasche zur Aufnahme eines jeweiligen Wälzkörpers ausgebildet. Beim Zusammenfügen der Käfigteile zu einem Wälzlagerkäfig ergänzen sich die Halbtaschen benachbarter Käfigteile jeweils zu einer vollständigen Käfigtasche. In Umfangsrichtung bilden die Stege jeden Käfigteils die Begrenzung für die in den Käfigtaschen aufgenommenen Wälzkörper.
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Die Erfindung eignet sich sowohl für Kegelrollenlager als auch für Zylinderrollenlager. Insbesondere kann die Erfindung für große Wälzlager mit schweren Wälzkörpern und mit einer hohen Tragzahl eingesetzt werden, wie sie beispielsweise zur Lagerung eines Rotors am Gehäuse einer Windkraftanlage notwendig werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind weiter auch die in die gleiche Richtung abgewinkelten Halbarme des ersten und des zweiten Stützarms in der zweiten Querrichtung zueinander versetzt. Durch diese Konstruktion ergibt sich ein mechanisch stabiler Aufbau des aus den Käfigteilen zusammengesetzten Wälzlagerkäfigs. Weiter ist bei dieser Ausgestaltung jeder Wälzkörper diagonal zwischen den versetzt angeordneten Halbarmen von gegenüberliegenden Stützarmen geführt.
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Zum Führen der Wälzkörper mit geringer Reibung sind vorteilhafterweise an den Halbarmen jeweils sich in Längsrichtung erstreckende Konturelemente ausgeformt, wobei die Konturelemente der Halbarme des ersten Stützarms und des zweiten Stützarms jeweils zueinander ausgerichtet sind. Der eingesetzte Wälzkörper wird hierbei mit seinen Stirnflächen jeweils zwischen den Konturelementen der gegenüberliegenden Halbarme geführt. In einer sich durch zwei benachbarte Käfigteile ergebenden vollständigen Käfigtasche ist jeder Wälzkörper an seinen Stirnflächen jeweils durch zwei Konturelemente geführt, die dem Halbarm des einen und dem Halbarm des anderen Käfigteils zugeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise ist zu einer Führung und Beabstandung der Wälzkörper auch an dem Steg des Käfigteils eine Anzahl von sich in erster Querrichtung erstreckenden Konturelementen ausgeformt. Insbesondere sind diese Konturelemente bevorzugt wechselständig angeordnet, sodass der Steg jedes Käfigteils in Umfangsrichtung über ein Konturelement einen ersten Wälzkörper und über ein in entgegengesetzte Richtung ausgeformtes Konturelement einen benachbarten zweiten Wälzkörper führt.
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Bevorzugt sind die vorgenannten Konturelemente als Einprägungen in das Käfigteil eingebracht.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Halbarme entlang der ersten Querrichtung jeweils eine Länge auf, die größer ist als der Durchmesser eines im Wälzlagerkäfig aufzunehmenden Wälzkörpers. In einem aus einer Mehrzahl von Käfigteilen dieser Ausgestaltung zusammengesetzten Wälzlagerkäfig stützen sich die Halbarme der Käfigteile jeweils an den Stegen der benachbarten Käfigteile ab. Zwischen den Stegen benachbarter Käfigteile ist eine Käfigtasche mit einer Ausdehnung in Umfangsrichtung gebildet, die größer ist als der Durchmesser des eingesetzten Wälzkörpers. Für jeden Wälzkörper entsteht in Umfangsrichtung ein Spiel, sodass eine Klemmung bzw. Abstützung von aufeinander folgenden Wälzkörpern sicher vermieden ist.
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Vorteilhafterweise sind die Halbarme der Stützarme jeweils über einen Biegebereich vom Steg abgebogen. Über den Radius dieses Biegebereichs kann Bezug genommen werden auf das für das Käfigteil verwendete Material, insbesondere auf die Materialhärte oder auf die Materialstärke.
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Weiter bevorzugt erstrecken sich die Biegebereiche jeweils in Längsrichtung über einen geradlinigen Abschnitt des Stegs hinaus und sind derart zurückgebogen, dass der jeweilige abgebogene Halbarm in erster Querrichtung verlängert auf den geradlinigen Abschnitt des Stegs trifft. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass in einem aus einer Mehrzahl der Käfigteile dieser Ausgestaltung zusammengesetzten Wälzlagerkäfig sich die Halbarme der Käfigteile nicht unmittelbar an den Biegebereichen sondern an den geradlinigen Abschnitten der Stege benachbarter Käfigteile abstützen. In Umfangsrichtung erfolgt somit die Krafteinleitung auf einer geraden Fläche, sodass keine Querkräfte auf die einzelnen Käfigteile wirken.
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Zweckmäßigerweise ist in die Biegebereiche der Halbarme jeweils eine Versteifungsrippe eingebracht. Mit dieser Versteifungsrippe wird im Betrieb des Wälzlagerkäfigs einem Verbiegen der Biegebereiche gerade bei Einwirkung von großen Kräften entgegengewirkt.
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In einer weiter zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Halbarme jeweils abschnittsweise in zweiter Querrichtung bogenförmig erweitert, wobei die bogenförmigen Abschnitte der Halbarme eines Stützarms zueinander abgewandt angeordnet sind. Die bogenförmig erweiterten Abschnitte wirken als Führungselemente in einer Bordführung der Käfigteile am Innenring und am Außenring des Wälzlagers. Über die Rundung kann die Anlagefläche der Käfigteile am Innenring oder am Außenring optimiert werden.
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Im Übrigen ist hervorzuheben, dass die Führung der Käfigteile bzw. eines aus einer Mehrzahl von Käfigteilen zusammengesetzten Wälzlagerkäfigs über die jeweiligen Halbarme außerhalb der Laufbahn für die Wälzkörper erfolgt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Wälzlagers aus.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch einen Wälzlagerkäfig gelöst, der aus einer Mehrzahl der vorgenannten Käfigteile zusammengesetzt ist, wobei die Käfigteile unter axialer Ausrichtung der jeweiligen Stege in Umfangsrichtung derart aneinander gereiht sind, dass die Halbarme des ersten Stützarms und des zweiten Stützarms benachbarter Käfigteile in radialer Richtung benachbart sind.
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Im aus den Käfigteilen zusammengesetzten Wälzlagerkäfig ist jede Käfigtasche für einen Wälzkörper durch vier Halbarme von zwei benachbarten Käfigteilen gebildet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Wälzlagerkäfigs ergeben sich aus den vorteilhaften Weiterbildungen des Käfigteils. Die zu den Weiterbildungen der Käfigteile vorstehend aufgeführten Vorteile können hierbei sinngemäß auf den Wälzlagerkäfig übertragen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 in einer perspektivischen Darstellung ein Käfigteil für einen Wälzlagerkäfig gemäß einer ersten Ausführungsvariante,
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2 in perspektivischer Darstellung ein Käfigteil für einen Wälzlagerkäfig in einer zweiten Ausführungsvariante, und
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3 in einer perspektivischen Teilansicht einen aus einer Mehrzahl von Käfigteilen einer dritten Ausführungsvariante zusammengesetzten Wälzlagerkäfig mit eingesetzten Wälzkörpern.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Käfigteil 1 für einen Wälzlagerkäfig. Das dargestellte Käfigteil 1 ist aus einem Blechstreifen gefertigt und umfasst einen sich in einer Längsrichtung Z erstreckenden Steg 3, an dessen Enden ein erster Stützarm 4 und ein zweiter Stützarm 5 angeordnet sind. Die beiden Stützarme 4, 5 erstrecken sich jeweils in einer zur Längsrichtung Z senkrechten ersten Querrichtung X und umfassen jeweils zwei entgegengesetzt zueinander vom Steg 3 abgewinkelte Halbarme 7, 8 bzw. 9, 10, die in einer zur ersten Querrichtung X und zur Längsrichtung Z senkrechten zweiten Querrichtung Y zueinander versetzt sind. Das dargestellte Käfigteil 1 weist im Wesentlichen eine H-Form auf. Die Halbarme 7, 8, 9, 10 sind durch entgegengesetztes Abbiegen der geteilten Enden des Blechstreifens entstanden.
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Die sich in gleicher Richtung erstreckenden Halbarme 7, 9 sowie 8, 10 der gegenüberliegenden Seitenarme 4 bzw. 5 sind ebenfalls in zweiter Querrichtung Y zueinander versetzt. Zwischen dem ersten Halbarm 7 und dem dritten Halbarm 9 sowie zwischen dem zweiten Halbarm 8 und dem vierten Halbarm 10 der jeweils gegenüberliegenden Stützarme 4 bzw. 5 ist zur Aufnahme eines Wälzkörpers jeweils eine Halbtasche gebildet. Werden mehrere der gezeigten Käfigteile 1 in Umfangsrichtung bzw. in etwa entlang der ersten Querrichtung X aneinandergereiht, so bilden die vier Halbarme 7, 8, 9, 10 benachbarter Käfigteile 1 jeweils eine vollständige Käfigtasche aus. Dabei sind der erste Halbarm 7 und der dritte Halbarm 9 einem ersten Käfigteil 1 und der zweite Halbarm 8 und der vierte Halbarm 10 einem zweiten Käfigteil 1 zugeordnet.
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Ein in eine aus zwei benachbarten Käfigteilen 1 gebildete vollständige Käfigtasche eingesetzter Wälzkörper ist mit seinen Stirnflächen über jeweils an den Halbarmen 7, 8, 9, 10 ausgebildeten Konturelementen 14 geführt. Am Steg 3 eines Käfigteils 1 liegt der eingesetzte Wälzkörper an den sich in erster Querrichtung X erstreckenden, wechselständig angeordneten Konturelementen 15, 16 an. Am Steg 3 erstrecken sich in der Zeichnung die eingeprägten Konturelemente 15 nach rechts und die eingeprägten Konturelemente 16 nach links.
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Die Halbarme 7, 8, 9, 10 sind über Biegebereiche 12 jeweils vom Steg 3 abgewinkelt. Die Halbarme 7, 8 sowie 9, 10 des ersten Stützarms 4 bzw. des zweiten Stützarms 5 weisen jeweils zueinander abgewandte in zweiter Querrichtung Y erweiterte bogenförmige Abschnitte 19 auf. Über die bogenförmig erweiterten Abschnitte 19 wird das gezeigte Käfigteil 1 in einem Wälzlager an einem Innenring und an einem Außenring geführt.
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In 2 ist in einer perspektivischen Darstellung ein Käfigteil 20 in einer zweiten Ausführungsvariante dargestellt. Dem Käfigteil 1 entsprechende Teile des Käfigteils 20 sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Biegebereiche 12 des Käfigteils 20 erstrecken sich im Unterschied zu den Biegebereichen 12 des Käfigteils 1 in Längsrichtung Z über den geradlinigen Abschnitt des Stegs 3 hinaus und sind anschließend zurückgebogen, sodass die jeweiligen Halbarme 7, 8, 9, 10 in erster Querrichtung X verlängert auf den geradlinigen Abschnitt des Stegs 3 treffen. Diese Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass sich die Halbarme 7, 8, 9, 10 eines Käfigteils 20 in einem zusammengesetzten Wälzlagerkäfig jeweils an einer geradlinigen Fläche der Stege 3 der jeweils benachbarten Käfigteile 20 abstützen. Zur Aufnahme der im Betrieb in Umfangsrichtung auftretenden Kräfte umfasst jeder Biegebereich 12 zusätzlich eine Versteifungsrippe 22. Die Länge der Halbarme 7, 8, 9, 10 in erster Querrichtung X ist jeweils größer als der Durchmesser eines eingesetzten Wälzkörpers. Hieraus resultiert in der Käfigtasche für den eingesetzten Wälzkörper in Umfangsrichtung ein Spiel, so dass ein Verklemmen einzelner Wälzkörper verhindert ist.
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In einer perspektivischen Teilansicht ist in 3 ein Wälzlagerkäfig 30 dargestellt, wie er sich durch Aneinanderreihung von Käfigteilen 40 ergibt, die im Wesentlichen entsprechend den Käfigteilen 20 gemäß 2 ausgebildet sind. Im Unterschied zum Käfigteil 20 nach 2 weisen jedoch die Halbarme 7, 8, 9, 10 des Käfigteils 40 nach 3 jeweils bogenförmig gerundete Abschnitte 19 auf, über die der sich ergebende Wälzlagerkäfig 30 an einem Innenring und an einem Außenring eines Wälzlagers geführt ist.
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Auch bei dem Käfigteil 40 nach 3 ist die Länge der Halbarme 7, 8, 9, 10 in erster Querrichtung X größer als der Durchmesser der zwischen den Käfigteilen 40 eingesetzten Wälzkörper 41. Es wird ersichtlich, dass sich die aneinander gereihten Käfigteile 40 jeweils mit ihren Halbarmen 7, 8, 9, 10 an den Stegen 3 der benachbarten Käfigteile 40 abstützen. In Umfangsrichtung entsteht für jeden eingesetzten Wälzkörper 41 ein Spiel, sodass ein Klemmen bzw. Abstützen benachbarter Wälzkörper 41 im Betrieb des Wälzlagerkäfigs 30 verhindert ist.
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Die Stege 3 der einzelnen Käfigteile 40 erstrecken sich entsprechend 3 in dem gebildeten Wälzlagerkäfig 30 mit ihrer Längsrichtung jeweils in die axiale Richtung. Die Halbarme 7, 8, 9, 10 sind zur Umfangsrichtung in etwa tangential ausgerichtet. Die zweite Querrichtung Y entspricht der radialen Richtung.
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Das in 3 eingezeichnete Koordinatensystem verdeutlicht nochmals die entsprechenden Richtungen. Mit dem Koordinatensystem ist hierbei Bezug genommen auf das mit einem Stern markierte Käfigteil 40. Die Längsrichtung Z des Käfigteils 40 entspricht der axialen Richtung des Wälzlagerkäfigs 40 bzw. eines gedachten entsprechenden Wälzlagers. Die erste Querrichtung X entspricht der Umfangsrichtung. Die zweite Querrichtung Y entspricht der radialen Richtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Käfigteil
- 3
- Steg
- 4
- erster Stützarm
- 5
- zweiter Stützarm
- 7
- erster Halbarm
- 8
- zweiter Halbarm
- 9
- dritter Halbarm
- 10
- vierter Halbarm
- 12
- Biegebereich
- 14
- Konturelement
- 15
- Konturelement
- 16
- Konturelement
- 19
- Abschnitt, bogenförmig
- 20
- Käfigteil
- 22
- Versteifungsrippe
- 30
- Wälzlagerkäfig
- 40
- Käfigteil
- 41
- Wälzkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004025796 A1 [0002]
- DE 102009016017 B4 [0003]
- DE 1207719 A [0004]
