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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Blechkäfig für rollenförmige Wälzkörper, umfassend eine Anzahl von sich zwischen Ringen axial erstreckenden Stegen, wobei zwischen zwei benachbarten Stegen jeweils eine eckige Käfigtasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers gebildet ist, und wobei in den Ecken der Käfigtaschen jeweils ein Freistich zur Abrundung der Ecken radial eingebracht ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blechkäfigs für rollenförmige Wälzkörper.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Blechkäfig dient der Aufnahme und Führung von Wälzkörpern und ist hierzu in der Regel zwischen zwei Lagerringen eines Wälzlagers angeordnet. Der Blechkäfig muss im eingebauten Zustand eines Wälzlagers, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, eine ausreichende Festigkeit zum Ausgleich der wirkenden radialen und axialen Kräfte aufweisen, um die Wälzkörper störungsfrei zu führen. Die Wälzkörper sind hierbei in Käfigtaschen angeordnet, deren Kontur im Wesentlichen durch Art und die Größe der verwendeten Wälzkörper bestimmt wird.
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Bei dem Einsatz eines Wälzlagers, bei dem rollenförmige, also insbesondere zylinder-, tonnen- oder kegelförmige, Wälzkörper in einem Blechkäfig geführt werden, muss sichergestellt werden, dass in den Ecken der Käfigtaschen kein Kontakt zwischen den Kanten der Wälzkörper und den Käfigecken entsteht. Um dies zu gewährleisten, werden die Radien in den Ecken der Käfigtaschen häufig durch sogenannte Freistiche vergrößert, so dass eine Kollision zwischen den Kanten der eingesetzten Wälzkörper und den Ecken der Käfigtaschen vermieden werden kann.
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Aus der
DE 10 2006 006 146 B3 ist hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Massivkäfigs eines Wälzlagers bekannt. Hierbei wird zunächst eine Anzahl von in Radialrichtung betrachtet viereckigen Käfigtaschen für die Wälzkörper in einem ersten Fräsprozess in einen Grundkörper des Käfigs eingebracht und dann mit einem Bohr- oder Fräswerkzeug Hinterstiche für die Wälzkörper in den Ecken der viereckigen Kontur der Käfigtaschen erzeugt.
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Eine derartige Bearbeitung der Ecken der Käfigtaschen und die damit verbundene Vergrößerung der Radien bringt jedoch neben dem hohen Arbeitsaufwand den Nachteil mit sich, dass die Stege am Übergang zu den Ringen mechanisch geschwächt werden, wodurch die benötigte Festigkeit des Käfigs nicht sicher gewährleistet werden kann. Die Vergrößerung der Radien bringt eine Verkleinerung des Stegquerschnitts mit sich, wodurch die Festigkeit des Blechkäfigs verringert wird. Zusätzlich haben die kleineren Radien in den Ecken der Käfigtaschen einen negativen Einfluss auf die Kerbwirkung.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist demnach eine erste Aufgabe der Erfindung, einen Blechkäfig für rollenförmige Wälzkörper anzugeben, der auch bei einer Vergrößerung des Freistichradius die notwendige Festigkeit der Stege gewährleistet.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten Blechkäfigs anzugeben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die erste Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Blechkäfig für rollenförmige Wälzkörper, umfassend eine Anzahl von sich zwischen Ringen axial erstreckenden Stegen, wobei zwischen zwei benachbarten Stegen jeweils eine eckige Käfigtasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers gebildet ist, und wobei in den Ecken der Käfigtaschen jeweils ein Freistich zur Abrundung der Ecken radial eingebracht sind. Hierbei sind die rundenden Freistiche in radialer Richtung nach innen jeweils durch eine Abschrägung aufgeweitet.
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In einem ersten Schritt berücksichtigt die Erfindung die Tatsache, dass sich eine eckige Geometrie der Käfigtaschen eines Wälzlagerkäfigs als problematisch beim Anlaufen von Wälzkörpern erweist, da die Kanten der Wälzkörper an den Ecken der Käfigtaschen anschlagen können und so die Funktion des Wälzlagers beeinträchtigt ist. Eine Änderung der Geometrie der Käfigtaschen hat jedoch bislang einen unerwünscht negativen Einfluss auf die Stabilität des Käfigs. So verringern beispielsweise die bei einem herkömmlichen Massivkäfig eingefrästen Freistiche in den Ecken der Käfigtaschen den Durchmesser der Stege und somit die Stabilität des Käfigs.
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Unter Berücksichtigung des Vorgenannten erkennt die Erfindung überraschenderweise, dass diese Problematik dann umgangen werden kann, wenn die zur Rundung der Ecken eingebrachten Freistiche in radialer Richtung nach innen durch eine Abschrägung aufgeweitet werden. Mit anderen Worten wird der Radius des Freistichs durch Aufweitung zur Funktionsseite hin vergrößert. Die Aufweitung folgt dem Rollenprofil. Auf der Außenseite des Käfigs hingegen kann der Freistich mit einem vergleichsweise kleinen Radius verbleiben. Durch die Aufweitung als solcher wird der Querschnitt der Stege des Käfigs nur unwesentlich weiter verringert. Auf diese Weise kann insgesamt ein relativ kleiner Kerbfaktor erhalten und eine hohe Festigkeit gegen Bruch erreicht werden. Für den Steg verbleibt an der schwächsten Stelle ein relativ großer Querschnitt. Mit anderen Worten kann durch die Aufweitung der Freistiche in den Ecken der Käfigtaschen sichergestellt werden, dass einerseits ein Anlaufen der Enden der Wälzkörper vermieden wird und anderseits die Käfigstruktur durch die Ausbildung der gerundeten Ecken so wenig wie möglich mechanisch geschwächt ist.
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Die Geometrie der Käfigtaschen ist abhängig von den eingesetzten Wälzkörpern. Bei zylindrischen Wälzkörpern weisen die Käfigtaschen beispielsweise eine rechteckige Geometrie auf. Bei Kegelrollen sind die Käfigtaschen trapezförmig ausgebildet. Die Käfigtaschen können beispielsweise durch Schneiden oder Stanzen in ein Blech eingebracht werden, welches die spätere Mantelfläche des Käfigs bildet. Freistiche in den Ecken der Käfigtaschen können ebenfalls durch Stanzen in das Blech eingebracht werden. Grundsätzlich können die Käfigtaschen auch in einen ringförmigen Rohling eingebracht werden.
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in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abschrägungen oder Aufweitungen der Freistiche durch eine Materialverdrängung gebildet. Mit anderen Worten ist das Material in den Freistichen zur Aufweitung spanlos umgeformt. Durch eine derartige Ausbildung der Ecken der Käfigtaschen kann auf eine Entfernung von Material zur Erhöhung des Eckenradius verzichtet werden. Der kritische Bereich, also die Kontaktstelle zwischen den Stegen und den Ringen des Käfigs bleibt stabil und weist gleichzeitig einen ausreichend großen Radius auf, um ein Anlaufen bzw. Verkanten der Wälzkörper zu verhindern, dass trotz vergrößerter Freistichradien die notwendige Festigkeit der Stege und somit des Käfigs gewährleistet bleibt.
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Bevorzugt sind die Abschrägungen in die Freistiche eingeprägt. Der Einsatz eines Prägeverfahrens wird hierbei insbesondere dadurch ermöglicht, dass als Käfig ein Blechkäfig eingesetzt ist. Der Prägevorgang erfolgt vorzugsweise vom Innenumfang des Käfigs ausgehend und ist mittels eines entsprechenden Prägewerkzeugs einfach und kostengünstig umsetzbar. Durch das Prägen wird das Material in den Ecken der Käfigtaschen gezielt plastisch verformt, so dass die Abschrägungen in den Ecken jeweils auf die eingesetzten Wälzkörpern abgestimmt werden können. Die Form und der Radius der abgeschrägten Freistiche werden hierbei insbesondere durch die Wahl des Prägewerkzeugs bestimmt.
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Zusätzlich ist es grundsätzlich auch möglich, vom Außenumfang des Käfigs ausgehend eine Aufweitung in die Taschenecken einzubringen.
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Vorzugsweise sind die Freistiche nur in einem radialen Teilabschnitt aufgeweitet. Durch eine lediglich teilweise Aufweitung der Freistiche kann gewährleistet werden, dass die Querschnitte der Stege nur dort verringert werden, wo es für die kontaktlose Führung zwischen den Kanten der Wälzkörper und den Ecken der Käfigtaschen notwendig ist. Die Festigkeit der Stege bleibt somit erhalten und gleichzeitig wird ein sicherer Sitz der Wälzkörper in den Käfigtaschen ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise sind die Stege in Umfangsrichtung radial außen breiter als innen. Eine derartige Ausgestaltung ist sinnvoll, da rollenförmige Wälzkörper im Allgemeinen nur mit einem Teil ihres Durchmessers in den Käfigtaschen aufgenommen werden und so die notwendige Begrenzung erfahren.
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Bevorzugt sind die Stege in radialer Richtung abgeschrägt. Diese Abschrägung ermöglicht einen guten Lauf für die eingesetzten Wälzkörper, die nur mit einem Teil ihres Durchmessers in den Käfigtaschen aufgenommen sind. Die Abschrägung kann hierbei ebenfalls mittels eines Prägens eingebracht werden, wobei die Form der Abschrägung insbesondere durch das bei der Fertigung eingesetzte Prägewerkzeug vorgegeben ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Abschrägung eines Stegs jeweils in einen Freistich hinein. Auch diese Ausgestaltung wirkt sich positiv auf die Führung und den Lauf der Wälzkörper aus. Durch die Verlängerung der Prägefläche der Stege in die Freistiche hinein kann der Querschnitt und damit der Eckenradius in den Käfigtaschen auf einfache Weise mit einem einzigen Prägewerkzeug vergrößert werden. Die Stegform folgt hierbei der Form der eingesetzten Wälzkörper. Es wird ein gemeinsames Prägewerkzeug möglich, welches sowohl für die Abschrägung der Stege als auch für die Einbringung und die Abschrägung bzw. Aufweitung der Ecken der Käfigtaschen eingesetzt werden kann.
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Zweckmäßigerweise sind die Ringe und die Stege einstückig gefertigt. Hierdurch werden beispielsweise Arbeitsschritte, wie eine Montage von Stegen und Ringen, vermieden und somit die Kosten bei der Herstellung des Käfigs gering gehalten.
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Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Blechkäfigs für rollenförmige Wälzkörper, wobei ein aus Blech gefertigter Grundkörper mit zwei Ringen sowie mit einer Anzahl von axial zwischen den Ringen angeordneten Stegen bereitgestellt wird, wobei zwischen den Ringen und den Stegen eine Anzahl von eckigen Käfigtaschen mit radial verlaufenden Freistichen eingebracht ist, und wobei die Freistiche in radialer Richtung nach innen durch ein Prägen aufgeweitet.
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Hierzu wird beispielsweise ein Prägewerkzeug vom Innenumfang des Blechkäfigs in die Käfigtaschen des Blechkäfigs gedrückt. Durch das Prägen wird das Material in den Ecken der Käfigtaschen gezielt plastisch verformt und entsprechend aufgeweitet. Vorzugsweise wird dieser Schritt gleichzeitig mit der Abschrägung der Stege eingebracht. Die Form der Aufweitung und Abschrägung von Stegen und Freistichen wird hierbei insbesondere durch die Wahl des eingesetzten Prägewerkzeugs bestimmt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Käfigtaschen und/oder die Freistiche durch ein Stanzen in den Grundkörper eingebracht. Das Stanzen ist ein besonders gut geeignetes Verfahren zum Bearbeiten dünner Materialien wie vorliegend einem Käfig aus Blech. Hierbei wird beispielsweise mit einer Presse oder auf Schlag und einem Schneidwerkzeug die gewünschte Geometrie erstellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines Käfigs mit abgeschrägten Freistichen in einer dreidimensionalen Darstellung,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt des Käfigs gemäß 1,
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3 einen Querschnitt durch einen Blechkäfig in einer dreidimensionalem Darstellung,
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4 einen Querschnitt durch den Blechkäfig gemäß 3 mit eingesetztem Wälzkörper, sowie
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5 ein Prägewerkzeug.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung einen Ausschnitt eines Käfigs 1 für rollenförmige Wälzkörper. Der Käfig 1 ist aus einem Blech gefertigt und besteht aus einer Anzahl von Stegen 3, die sich axial zwischen zwei Ringen 5 erstrecken. Zwischen zwei benachbarten Stegen 3 ist jeweils eine eckige Käfigtasche 7 ausgebildet, die der Aufnahme der Wälzkörper dient. Die Wälzkörper sind in 4 gezeigt.
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In den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 ist jeweils ein Freistich 11 eingestanzt. Die Freistiche 11 dienen der Abrundung der Ecken 9. In radialer Richtung nach innen sind die Freistiche 11 durch eine Abschrägung 13 aufgeweitet. Die Abschrägungen 13 sind hierbei vom Innenumfang des Käfigs 1 ausgehend in die Freistiche 11 eingeprägt. Durch das Prägen wird das Material des Käfigs 1 an den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 gezielt plastisch verformt, so verdichtet und muss nicht entfernt werden. Die Abschrägungen 13 können jeweils auf die eingesetzten Wälzkörper abgestimmt werden.
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Insgesamt wird durch eine derartige Abschrägung der Durchmesser der Freistiche 9 auf der Funktionsseite, also auf der dargestellten Innenseite des Käfigs 1, aufgeweitet. Der Querschnitt der Stege 3 des Blechkäfigs 1 wird hierbei nur unwesentlich verringert und der Radius in den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 wird entsprechend erhöht. Hierdurch wird ein Anlaufen von Wälzkörpern im eingebauten Zustand verhindert und gleichzeitig die Schwächung der Stege 3 bzw. deren Querschnitte begrenzt.
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Die Freistiche 11 sind hierbei nur in einem radialen Teilabschnitt 15 aufgeweitet. Auf diese Weise wird zusätzlich sichergestellt, dass der Querschnitt der Stege 3 des Käfigs 1 nur soweit geändert wird, wie es für die kontaktlose Führung zwischen den Kanten von eingesetzten Wälzkörper und den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 notwendig ist. Der Radius der Freistiche 9 als auf der Außenseite des Käfigs 1 kann relativ klein gewählt werden.
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Auch die Stege 3 sind in radialer Richtung mit einer Abschrägung 17 ausgebildet. Die Abschrägungen 17 der Stege 3 erstrecken sich vorliegend in die Freistiche 11 hinein. Durch die Verlängerung der Prägefläche in die Freistiche 11 kann der Querschnitt und damit der Eckenradius in den Käfigtaschen 7 auf einfache Weise vergrößert werden. Die Form der Stege 3 folgt hierbei der Form der eingesetzten Wälzkörper. Bei der Herstellung kann zur Einbringung der Abschrägung 17 der Stege 3 und zur Einbringung der Abschrägung bzw. Aufweitung der Ecken 9 der Käfigtaschen 7 ein gemeinsames Prägewerkzeug eingesetzt werden.
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In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Blechkäfigs 1 gemäß 1 zu sehen. Der Blechkäfig 1 weist jeweils zwischen benachbarten Stegen 3 eine Käfigtasche 7 zur Aufnahme von Wälzkörpern auf. Anhand 2 sind die Ecken 9 der Käfigtaschen und die dort eingestanzten Freistiche 11 mit ihren Abschrägungen 13 deutlich zu erkennen. Auch kann der 2 entnommen werden, dass die Abschrägung 13 lediglich in radialen Teilabschnitten 15 am Innenumfang in die Freistiche 11 eingebracht ist.
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Für die detaillierte Beschreibung des Blechkäfigs 1 wird an dieser Stelle auf 1 verwiesen.
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3 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Blechkäfig 1 gemäß 1 mit Blick auf einen durchschnittenen Steg 3. Hierbei ist deutlich der vergrößerte Radius der Freischnitte 11 in den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 zu sehen, durch welchen eine Kollision zwischen den eingesetzten Wälzkörpern und den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 vermieden werden kann. Die Funktionsseite bzw. die Anlaufseite für die Wälzkörper befindet sich in 3 unten. Da die Vergrößerung des Radius durch eine Materialverdrängung in den Ecken 9 der Käfigtaschen 7 erfolgt, ist die Schwächung der Querschnitte der Stege 3 begrenzt. Auf diese Weise kann ein möglichst kleiner Kerbfaktor erhalten und eine hohe Festigkeit gegen Bruch erreicht werden. Die Stegbreite auf der Außenseite des Käfigs 3 ist ausreichend groß.
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In 4 ist ein Querschnitt durch den Blechkäfig 1 gemäß 3 mit einem eingesetzten rollenförmigen Wälzkörper 19 gezeigt. Durch die Aufweitung bzw. Abschrägung 13 der Freistiche 11 wird hierbei sichergestellt, dass einerseits ein Anlaufen der Enden der Wälzkörper 19 vermieden wird und anderseits die Käfigstruktur durch die Ausbildung der gerundeten Ecken 9 so wenig wie möglich mechanisch geschwächt ist.
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Auch die Abschrägung 17 der Stege 3 in radialer Richtung ist deutlich zu erkennen. Diese Abschrägung 17 ermöglicht einen guten Lauf für die eingesetzten Wälzkörper 19, die nur mit einem Teil ihres Durchmessers in den Käfigtaschen 7 aufgenommen sind. Die Abschrägung ist mittels eines Prägens gleichzeitig mit der Abschrägung 13 der Freistiche 11 in den Blechkäfig 1 eingebracht.
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In 5 ist ein Prägewerkzeug 31 gezeigt. Mit dem Prägewerkzeug 31 werden die Aufweitungen der Freistiche 11 sowie die Abschrägungen der Stege 3 zugleich eingebracht. Der Grundkörper des Prägewerkzeugs 31 besteht aus einem im Wesentlichen rechteckigen Block mit einer in axialer Richtung verlaufenden Nut 33. Die Nut 33 bildet hierbei die Gegenform für die Stege 3 eines Blechkäfigs 1. An den Seiten des Blockes erstrecken sich jeweils Abkantungen 35 radial nach oben, die die Nut 33 seitlich begrenzen. Die Abkantungen 35 stellen die Gegenform zu den Abschrägungen der Stege 3 dar. Weiterhin befinden sich an den axialen Enden 37 des Prägewerkzeugs 31 zusätzliche Prägeflächen 39, 41, die zur Abschrägung bzw. Aufweitung der Freistiche 9 in den Ecken der Käfigtaschen 7 des Blechkäfigs 1 genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blechkäfig
- 3
- Steg
- 5
- Ring
- 7
- Käfigtasche
- 9
- Ecke
- 11
- Freistich
- 13
- Abschrägung
- 15
- Teilabschnitt
- 17
- Abschrägung
- 19
- Wälzkörper
- 31
- Prägewerkzeug
- 33
- Nut
- 35
- Abkantung
- 37
- axiales Ende
- 39
- Prägefläche
- 41
- Prägefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006006146 B3 [0005]
