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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur axialen und radialen Lagerung eines ersten Bauteils, insbesondere einer Welle, relativ zu einem zweiten Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, wobei die Lageranordnung zwei gegeneinander vorgespannte Kegelrollenlager umfasst, wobei jedes Kegelrollenlager mindestens einen Führungsbord für den axialen Anlauf der Kegelrollen aufweist.
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Der Einsatz vorgespannter Kegelrollenlager ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein hier stets auftretendes Problem ist die richtige Einstellung der axialen Vorspannung der beiden zusammenwirkenden Lager. Hier ist unter anderem auch zu berücksichtigen, dass abhängig vom jeweiligen Montage- bzw. Betriebszustand unterschiedliche Vorspannungen in den Lagern optimal sein können.
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Um in der Praxis mit übersichtlichem Aufwand vorgespannte Kegelrollenlager zu realisieren, wird oft nach Ausmessen der Geometrie der Lageranordnung und deren Einbausituation die Vorspannung nach vorgegebenen Regeln eingestellt. Möglich ist es auch, die sich ändernde Vorspannung zwischen dem Montage- und dem Betriebszustand bei der Einstellung der Vorspannung vorzuhalten.
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Nachteilig ist hierbei, dass es entweder sehr aufwändig ist, die richtige gewünschte axiale Vorspannung in der Lageranordnung einzustellen, oder dass mit zu hoher oder zu niedriger Vorspannung gearbeitet wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorspannung in einer eingangs genannten Lageranordnung in einfacher Weise einstellen zu können. Dabei soll auch in besserer Weise auf Änderungen der Montage- bzw. Betriebsparameter reagiert werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbord mindestens eines der Kegelrollenlager der Lageranordnung aus mindestens zwei axial nebeneinander angeordneten Bordteilen besteht, wobei zwischen den mindestens zwei Bordteilen mindestens ein axial wirksames Federelement angeordnet ist.
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Bevorzugt sind zwei Bordteile hierbei relativ zueinander verdrehbar angeordnet. Dies kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erfolgen, dass zwischen den beiden relativ zueinander verdrehbar angeordneten Bordteilen mindestens eine Wälzkörperreihe angeordnet ist. Die beiden relativ zueinander verdrehbar angeordneten Bordteile und die mindestens eine Wälzkörperreihe können hierbei als Schrägkugellager oder als Axial-Kugellager ausgebildet sein. Bevorzugt ist hierbei das die Kegelrollen kontaktierende Bordteil relativ zum Innenring des Kegelrollenlagers radial frei gestellt. Der von den Kegelrollen entfernt angeordnete Bordteil des Schrägkugellagers kann ferner eine im Radialschnitt konvex ausgebildete Bohrung aufweisen, die den Innenring des Kegelrollenlagers kontaktiert. Verkantungen können so vermieden werden.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung stellt darauf ab, dass zwei Bordteile relativ zueinander mit einem axialen Schiebesitz versehen sind. Die beiden Bordteile können dabei mit einer Verdrehsicherung versehen sein, so dass sie nicht relativ zueinander verdreht werden können.
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Das Federelement ist bevorzugt als Tellerfeder oder Tellerfederpaket oder Wellenfeder ausgebildet. Es kann sich bei dem Federelement auch um ein mit hydraulischem Druck beaufschlagbares Element handeln, wobei dieses insbesondere einen Ringzylinder mit Ringkolben aufweist.
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Bei dem vorgeschlagenen vorgespannten Kegelrollenlager ist der Führungsbord mindestens eines der zusammenwirkenden Kegelrollenlager nicht mit dem Lagerinnenring verbunden, sondern er ist bevorzugt drehbar durch ein Schrägkugellager geführt. Der Führungsbord ist dabei gleichzeitig der Innenring des Schrägkugellagers. Der Außenring des Schrägkugellagers wird durch ein Federpaket mit einer axialen Kraft beaufschlagt.
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Bei dem Federpaket kann es sich um Tellerfedern, Wellenfedern oder andere Federelemente handeln.
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Denkbar ist bei größeren Lagern auch eine hydraulische Vorspannung, wobei ein Ringkolben mit dem Außenring des Schrägkugellagers verbunden ist. Die Ölversorgung kann in diesem Fall über die Welle erfolgen.
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Die mit Federkraft beaufschlagten Rollen stützen sich im fertig montierten Zustand am Haltebord ab.
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Das Axialspiel bei der Ausgestaltung des mindestens zweiteiligen Führungsbords wird dabei so bemessen, dass die Fertigungstoleranzen der Lagerumgebung sowie die Veränderung des Montagespiels zum Betriebsspiel mit abgedeckt werden können. Ferner soll sich im Lager ein ausreichendes Spiel zwischen der Rolle und dem Haltebord einstellen.
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Der Schrägkugellageraußenring des Lagers, das optional in den Haltebord integriert ist, hat dabei bevorzugt eine runde bzw. konvexe Bohrungskontur, damit der Lagerring bei kleinen Schrägstellungen nicht verkantet.
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Die vorgeschlagene Konstruktion ist deshalb sehr vorteilhaft, weil bei Kegelrollenlagern zumeist nur ein Teil der Axiallast über den Führungsbord übertragen wird; der größere Teil der Axialkraft wird meist über die geneigte, kegelige Innenlaufbahn übertragen, was vom jeweiligen Druckwinkel bzw. Kegelwinkel abhängt.
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Im Gegensatz hierzu erfolgt beispielsweise bei einem Zylinderrollenlager die Übertragung der Axiallast vollständig über den Bord (sog. NUP-Ausführung). Somit kann vorliegend mit einer verhältnismäßig kleinen Axiallast das Lager effizient vorgespannt werden.
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Würde man beispielsweise den Außenring des Kegelrollenlagers mit einem Schiebesitz im Gehäuse mit Federn anstellen, ergäbe sich nicht die vorteilhaft Lösung nach der vorliegenden Konzeption, da der Außenring dann keinen festen Sitz hätte, der Außenring verkanten könnte und ansonsten auch die Feder die volle Vorspannkraft aufbringen müsste.
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Der Schiebesitz des Lager-Außenringes wird somit bei der vorgeschlagenen Lösung in die Einheit verlagert und kann durch entsprechende Auslegung der Geometrie optimal gestaltet werden. Der Lager-Außenring des Kegelrollenlagers kann mit festem Sitz im Gehäuse verbaut werden.
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Weiterhin wird die Reibung des Lagers optimiert, da der Gleitreibungsanteil im Führungsbordkontakt im Falle der optionalen Ausgestaltung mit einem Schrägkugellager zwischen den Bordteilen aufgrund des sich mitdrehenden Führungsbord-Teils entfällt.
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Mit der vorgeschlagenen Lösung kann in sehr vorteilhafter Weise das Einstellen der Vorspannung in der Kegelrollen-Lagerung erheblich vereinfacht werden.
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Die betriebsbedingte Änderung der Vorspannung durch Temperaturveränderungen wird durch die innere Federanstellung des Lagers kompensiert.
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Das Gegenlager wird aufgrund der Federvorspannung immer ausreichend belastet.
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Schließlich bildet die vorgeschlagene Lösung vorteilhaft eine einbaufertige Einheit, die leicht zu montieren ist.
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Die vorgeschlagene Lageranordnung kommt beispielsweise in Industriegetrieben, aber auch in Fahrzeuggetrieben zum Einsatz.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 im Radialschnitt eine Lageranordnung, mit der eine Welle in einem Gehäuse gelagert wird, wobei eine Lageranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingesetzt wird,
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2 im Radialschnitt das eine Kegelrollenlager der Lageranordnung gemäß 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 in der Darstellung gemäß 1 die Lageranordnung, wobei diese nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist,
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4 im Radialschnitt das eine Kegelrollenlager der Lageranordnung gemäß 3 in vergrößerter Darstellung,
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5 im Radialschnitt die Lageranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 im Radialschnitt das eine Kegelrollenlager der Lageranordnung in einer alternativen Ausgestaltung,
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7 die Einzelheit „X“ gemäß 6,
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8 die Ansicht „Y“ gemäß 6,
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9 im Radialschnitt das eine Kegelrollenlager der Lageranordnung in einer weiteren alternativen Ausgestaltung,
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10 im Radialschnitt eine Lageranordnung analog zu derjenigen gemäß 1, wobei diese Lageranordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt ist,
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11 die beiden gegeneinander vorgespannten Kegelrollenlager der Lageranordnung nach 10 in vergrößerter Darstellung und
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12 einen Teil der Ansicht „C“ gemäß 11.
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In 1 ist eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 zu sehen, wobei Details eines hier eingesetzten Kegelrollenlagers 4 aus 2 ersichtlich sind. Die Lageranordnung 1 lagert eine Welle 2 relativ zu einem Gehäuse 3, so dass sie radial und axial geführt ist. Hierfür kommen zwei axial gegeneinander vorgespannte Kegelrollenlager 4 und 5 zum Einsatz, wie es als solches bekannt ist.
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Während das in 1 rechts zu sehende Kegelrollenlager 5 mit seinen Kegelrollen 9 herkömmlich ausgeführt ist, hat das linke Kegelrollenlager 4 einen Aufbau, wie er in 2 dargestellt ist. Beim herkömmlichen Kegelrollenlager 5 ist der Führungsbord 7 einstückig ausgebildet und am Lagerinnenring angeformt. Dies gilt nicht für das Kegelrollenlager 4, das einen Innenring 15, einen Außenring 19 und dazwischen angeordnete Kegelrollen 8 aufweist.
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Beim Kegelrollenlager 4 ist der Führungsbord 6 nämlich mehrteilig ausgebildet. Er besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei Teilen, nämlich einem ersten Bordteil 10, das zur axialen stirnseitigen Anlage an die Kegelrollen 8 ausgebildet ist, einem zweiten Bordteil 11, das relativ zum ersten Bordteil 10 drehbar angeordnet ist, und einem dritten Bordteil 12, der klassisch am Innenring 15 angeformt ist bzw. aus dessen Material gebildet wird.
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Zwischen dem zweiten Bordteil 11 und dem dritten Bordteil 12 ist ein axial wirksames Federelement 13 angeordnet.
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Das erste Bordteil 10 und das zweite Bordteil 11 bilden dabei den Innenring und den Außenring eines Schrägkugellagers (alternativ ist genauso ein Axial-Kugellager möglich), wobei zwischen den Ringen eine Kugelreihe 14 angeordnet ist.
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Die Bohrung 16, mit der das zweite Bordteil 11 auf dem Innenring 15 sitzt, ist im Radialschnitt konvex ausgebildet, so dass Verkantungen vermieden werden, wenn es zu einer axialen Verschiebung des zweiten Bordteils 11 und somit auch des ersten Bordteils 10 relativ zum Innenring 15 kommt.
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Die Fertigungsdistanz zwischen den Bordteilen und namentlich zwischen dem zweiten Bordteil 11 und dem dritten Bordteil 12 ist mit s angegeben und ist so ausgelegt, dass im konkreten Anwendungsfall die mögliche bzw. nötige Bewegung des zweiten Bordteils 11 zum dritten Bordteil 12 erfolgen kann.
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Zu erwähnen ist noch, dass der erste Bordteil 10, d. h. der Innenring des Schrägkugellagers, mit radialer Freistellung zum zylindrischen Bereich des Sitzes des Innenrings 15 gefertigt ist, so dass ein freies Drehen des Bordteils 10 relativ zum Innenring 15 möglich ist.
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In 1 sind verschiedene Maßangaben eingetragen, nämlich der äußere axiale Abstand A zwischen den Lagerstellen, der innere Abstand B zwischen den Lagerstellen, die Außendurchmesser der beiden Lageraußenringe H1 und H2 sowie die Innendurchmesser der beiden Lagerinnenringe S1 und S2, die alle entsprechende Toleranzen Δ aufweisen.
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Gemäß der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird erreicht, dass Toleranzen der genannten Größen durch den federangestellten Führungsbord kompensiert werden, so dass sich nach dem Einbau bzw. im Betrieb der Lageranordnung die gewünschte Vorspannung ergibt. Somit entfällt der übliche Einstellvorgang bei der Montage.
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In den 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung skizziert.
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Hier ist der Führungsbord 6 des Kegelrollenlagers 4 zweiteilig ausgebildet, d. h. er hat ein erstes Bordteil 10, das axial verschieblich auf dem Innenring 15 sitzt, sowie ein zweites Bordteil 11, das am Innenring 15 angeformt ist.
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Zwecks axialer Verschieblichkeit des ersten Bordteils 10 ist ein Schiebesitz 17 zwischen der radial innenliegenden Bohrungsfläche des ersten Bordteils 10 und dem Innenring 15 ausgebildet. Wiederum ist ein Federelement 13 vorgesehen, um das Bordteil 10 axial vom Bordteil 11 wegzudrücken, so dass das Bordteil 10 mit seiner linken Stirnseite axial auf die Kegelrollen 8 drückt.
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Eine relative Verdrehung des ersten Bordteils 10 zum Innenring 15 wird durch eine Verdrehsicherung 18 verhindert. Bei der Lösung gemäß der 3 bzw. 4 besteht also das Konzept darin, dass der Bordteil 10 nicht drehbar (wie bei 1 und 2) gelagert, sondern lediglich axial verschiebbar angeordnet ist, wozu die genannte Verdrehsicherung 18 nötig ist.
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Die Darstellung mit dem eingepressten Zylinderstift ist nur als prinzipielle Möglichkeit zu werten; es sind auch andere Arten der Verdrehsicherung möglich. Der Vorteil der Lösung gemäß den 3 und 4 ist, dass sich die Lagerkonstruktion vereinfacht, da das oben genannte Schrägkugellager entfällt.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 bzw. 3 ist eine typische Getriebelagerung (mit großer X-Anordnung) vorgesehen. Eine solche Anordnung ist bevorzugt, wenn die Hauptlast beispielsweise von der mittig auf der Welle 2 sitzenden Verzahnung stets in eine Richtung weist. Eine gelegentliche Umkehr der Lastrichtung ist zwar auch bei einer solchen Lageranordnung möglich. Tritt jedoch eine permanente wechselnde Lastrichtung auf, kann man das vorgespannte Kegelrollenlager 4 auch auf beiden Seiten der Welle 2 einsetzen.
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In 5 ist für eine andere Ausführungsform der Erfindung zu sehen, dass das vorgeschlagene Konzept auch im Falle einer O-Anordnung der Kegelrollenlager 4 und 5 eingesetzt werden kann.
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In den 6 bis 8 ist eine alternative Ausgestaltung des einen Kegelrollenlagers 4 dargestellt. Das Bordteil 10 weist hier eine Montageschulter 20 auf. Am benachbarten Bordteil 11 ist ein axialer Anschlag 21 ausgebildet. Das Bordteil 11 ist Teil des Innenrings 15; demnach ist der Innenring 15 zweiteilig ausgeführt, wobei das Bordteil 11 auf dem Basisteil des Innenrings 15 aufgeschrumpft ist. Durch diese Maßnahme vergrößert sich der zur Verfügung stehende radiale Raum für das Federelement 13, das hier als Tellerfederpaket ausgeführt ist.
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Wie der weiteren alternativen Ausgestaltung des Kegelrollenlagers 4 gemäß 9 entnommen werden kann, ist es auch möglich, den aufgepressten bzw. aufgeschrumpften Haltebord entfallen zu lassen und die Abstützung des Federelements 13 bzw. die Verdrehsicherung 18 des Führungsbord an der Schulter der Welle 2 (bei X-Anordnung) oder an der Feststellmutter (bei O-Anordnung) vorzunehmen. In diesem Falle fungiert also ein Abschnitt der Welle 2 als Bordteil 11 der insgesamt dann wieder zweiteiligen Ausbildung des Führungsbords 6.
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In den 10 bis 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Falle sind die beiden Kegelrollenlager 4 und 5 an einer Stelle der Lageranordnung 1 zu einem Festlager zusammengefasst, das die Welle 2 sowohl radial als auch axial lagert. Eine Loslagerstelle wird durch ein Zylinderrollenlager 22 gebildet, das die Welle 2 in axialem Abstand zu den beiden Kegelrollenlagern 4 und 5 abstützt und hier lediglich radial lagert.
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Wie in den vorstehend diskutierten Ausführungsbeispielen ist ein Führungsbord des einen, linken Kegelrollenlagers 4 zweiteilig ausgeführt, wobei ein Federelement 13 zwischen den beiden Bordteilen 10 und 11 platziert ist. Das Federelement 13 ist hier als Stapel Tellerfedern ausgebildet.
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Wie in 11 und in 12 angedeutet ist, liegt wiederum eine Fertigungsdistanz s vor, die eine gewisse relative axiale Verschieblichkeit zwischen den Bordteilen 10 und 11 ermöglicht.
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Wie sich weiterhin aus der radialen Ansicht „C“ gemäß 11 in 12 ergibt, ist hier die Verdrehsicherung zwischen den beiden Bordteilen 10 und 11 durch eine komplementäre Schlitzung, die ineinander eingreift, ausgebildet.
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Das Bordteil 11, gegen das sich das Bordteil 10 federvorgespannt abstützt, ist gleichzeitig der (feste) Führungsbord des rechten Kegelrollenlagers 5.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- erstes Bauteil (Welle)
- 3
- zweites Bauteil (Gehäuse)
- 4
- Kegelrollenlager
- 5
- Kegelrollenlager
- 6
- Führungsbord
- 7
- Führungsbord
- 8
- Kegelrolle
- 9
- Kegelrolle
- 10
- Bordteil
- 11
- Bordteil
- 12
- Bordteil
- 13
- Federelement
- 14
- Wälzkörperreihe (Kugelreihe)
- 15
- Innenring
- 16
- Bohrung
- 17
- Schiebesitz
- 18
- Verdrehsicherung
- 19
- Außenring
- 20
- Montageschulter
- 21
- Anschlag
- 22
- Zylinderrollenlager
- s
- Fertigungsdistanz
