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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägscheibenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Schrägscheibenmaschinen dienen als Axialkolbenpumpen zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und als Axialkolbenmotor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie. Bei Schrägscheibenmaschinen stützen sich mehrere in einer rotierenden Zylindertrommel geführte Kolben, auch bekannt als Arbeitskolben, an einer Gleitfläche einer Schwenkwiege ab. Zur Verstellung des Hubes der Kolben ist die Neigung der Schwenkwiege einstellbar. Dazu ist die Schwenkwiege an ihrer von den Kolben abgewandten Seite in einem Gehäuse der Schrägscheibenmaschinen gelagert ist. Die Lagerung geschieht meistens über zwei kreisbogenförmige Lagerschalen, die sich mit ihrer Außenseite am Gehäuse abstützen und an deren Innenseite die Schwenkwiege bei einer Verstellung entlang eines Kreisbogens gleiten kann.
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Zur Sicherung bzw. Befestigung der Lagerschale am Gehäuse sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
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In der
DE 10 2006 055 161 A1 ist eine Lagerschale gezeigt, an deren von der Schwenkwiege abgewandten Seite einstückig mit der Lagerschale ein Zapfen angebracht ist. Dieser erstreckt sich in ein Sackloch des Gehäuses und ist durch Presspassung gesichert.
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Dabei ist ein Überkopfmontage der Lagerschale im Gehäuse nur bedingt möglich, und eine dauerhafte Lagerschalenfixierung ist bei ungünstigen Betriebszuständen nicht sicher gestellt. Weiterhin sind bei dieser einstückigen Lösung Mindestanforderungen an das Material der gesamten Lagerschale zu stellen.
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Die Druckschrift
DE 102 20 611 A1 zeigt eine Befestigung der Lagerschale am Gehäuse mittels einer Schraube, die in ein Sackloch des Gehäuses eingesetzt ist. Ein Schraubenkopf der Schraube ist in einem Durchgangsloch der Lagerschale angeordnet.
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Nachteilig an derartig befestigten Lagerschalen sind der fertigungstechnische Aufwand für das Gewinde, das an einer engen Stelle im Gehäuse eingebracht werden muss, und das mögliche Lösen der Schraube.
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Aus der
DE 10 2008 013 010 A1 ist eine Schwenkwiegenlagerung einer Axialkolbenmaschine bekannt, wobei diese zwei in einem Gehäuse angeordnete, getrennte Lagerschalen aufweist.
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Nachteilig an den o.g. Lösungen ist, dass der Abstand der Lagerschalen zueinander mindestens so groß ist, wie der Außendurchmesser des Lagers zur Aufnahme der Antriebswelle im Gehäuse. Dies wiederum sorgt für eine hohe Durchbiegung der Schwenkwiege während des Betriebs.
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Ferner sind Vorrichtungen zur Aufnahme von Lagerschalen bekannt, die in ein Gehäuse einer Axialkolbenmaschine eingesetzt werden können. Diese sogenannten Lagerböcke sind einteilig ausgeführt und sorgen dafür, dass der Abstand der Lagerschalen kleiner als der Außendurchmesser des Lagers zur Aufnahme der Antriebswelle im Gehäuse gewählt werden kann.
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Nachteilig an den einteilig ausgeführten Lagerböcken ist die komplexe und teure Bearbeitung. Ferner können die Böden des Lagerbocks nicht beliebig dünn ausgeführt werden, weil dadurch ein einteilig ausgeführter Lagerbock an Steifigkeit verliert. Eine geringe Steifigkeit des Lagerbocks sorgt für Probleme bei der Aufnahme von Lagerschalen, da die für eine betriebssichere Befestigung benötigten Toleranzen nicht eingehalten werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Schrägscheibenmaschine bereitzustellen, deren Aufbau bezüglich der Schwenkwiegenlagerung einfach und kostengünstig herstellbar ist und deren Aufbau der Schwenkwiegenlagerung so wenig wie möglich in die axiale Baugröße der Schrägscheibenmaschine einfließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Schrägscheibenmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine umfasst ein Gehäuseteil, eine in dem Gehäuseteil gelagerte Antriebswelle, eine um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege und eine Wiegenlagerung für die Schwenkwiege, wobei die Wiegenlagerung einen Lagerbock zur Lagerung der Schwenkwiege umfasst, und der Lagerbock in dem Gehäuseteil angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Lagerbock mehrteilig ausgebildet.
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Bei der Herstellung können die Einzelteile des Lagerbocks separat gefertigt werden, wodurch eine hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung, insbesondere der teilzylinderförmigen Teilflächen zur Aufnahme der Schwenkwiege, bzw. der Lagerschalen, erzielt werden kann. Bei der Herstellung ist es besonders vorteilhaft, dass der Lagerbock spanabhebend mit einer hohen Genauigkeit bei einer geringen axialen Baulänge in Richtung der Rotationsachse der Antriebswelle hergestellt werden kann. Bei den spanabhebenden Bearbeitungen kann insbesondere ein Teil des Lagerbocks in ein Werkzeug eingespannt werden und anschließend bei einer geringen Biegung aufgrund eines Bearbeitungswerkzeuges besonders genau hergestellt werden. Dadurch ist eine sehr geringe axiale Baulänge des mehrteiligen Lagerbocks und somit die Herstellung einer axial klein bauenden Schrägscheibenmaschine möglich, wobei trotzdem eine ausreichende genaue spanabhebende Bearbeitung der teilzylinderförmigen Teilflächen des mehrteiligen Lagerbocks erreicht wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Lagerbock aus zwei Lagerböcken gebildet, die in einem Abstand H zueinander in dem Gehäuseteil befestigt sind.
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In vorteilhafter Weise kann dadurch bei der spanabhebenden Bearbeitung jedes Teil des Lagerbocks separat in ein Werkzeug eingespannt werden und anschließend bei einer geringen Biegung aufgrund eines Bearbeitungswerkzeuges besonders genau hergestellt werden. Dadurch kann jeder der zwei Lagerböcke bedarfsgerecht gefertigt werden.
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Vorzugsweise ist der Abstand H der Lagerböcke kleiner als ein äußerer Durchmesser D eines im Gehäuseteil angeordneten Lagers zur Lagerung der Antriebswelle. Besonders bei Schrägscheibenmaschinen deren Gehäuse, bzw. Gehäuseteil auf der Seite der Schwenkwiege bearbeitet wird, bzw. bei denen das Lager zur Lagerung der Antriebswelle von der inneren Gehäuseseite montiert wird, ist es von Vorteil den erfindungsgemäßen Lagerbock einzusetzen. Dieser ermöglicht es, dass der Abstand der Lagerböcke zueinander kleiner als der Außendurchmesser des Lagers ist, wodurch die Durchbiegung der Schwenkwiege im Betrieb so klein wie möglich gehalten werden kann. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine und verringert den Verschleiß an der Wiegenlagerung. Durch den Einsatz der Lagerböcke ist der Abstand der Lagerböcke zueinander in vorteilhafter Weise unabhängig vom Durchmesser des Lagers zur Lagerung der Antriebswelle.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerböcke über Einpressstücke axial zur Antriebswelle in dem Gehäuseteil fixiert. Die Lagerböcke werden in das Gehäuseteil eingesetzt und anschließend über die Einpressstücke in dem Gehäuseteil derart fixiert, dass sie durch die von den Arbeitskolben der Schrägscheibenmaschine erzeugten, über die Schwenkwiege eingeleiteten Kräfte, nicht im Gehäuse verrutschen können. Zudem sind die Lagerböcke nach dem Einfügen der Einpressstücke gegen Verrutschen während des weiteren Montageverfahrens der Schrägscheibenmaschine gesichert, was einfachere Fertigungsverfahren zulässt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerböcke jeweils über zumindest einen Pin radial zur Antriebswelle in dem Gehäuseteil fixiert. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind die Lagerböcke jeweils über zwei Pins, bestehend aus einem Stiftpin und einem Schwertpin, radial zur Antriebswelle in dem Gehäuseteil fixiert. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Lagerböcke nicht radial zur Antriebswelle im Gehäuseteil verschieben, wenn die von den Arbeitskolben erzeugten, über die Schwenkwiege eingeleiteten Kräfte auf die Lagerböcke wirken.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerböcke als Lagerschalen ausgebildet, in denen die Schwenkwiege gelagert ist. Die Lagerböcke dienen somit als Gleitlager zur Aufnahme der Schwenkwiege, wodurch eine zusätzliche Lagerschale eingespart werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Lagerböcke derart ausgestaltet, dass sie weitere Lagerschalen aufnehmen, in denen die Schwenkwiege gelagert ist. Je nach Anwendungs- und Belastungsart der Schrägscheibenmaschine können somit geeignete Lagerschalen in die Lagerböcke eingesetzt werden. Diese können aus allen für Lagerschalen, bzw. Gleitlager üblichen Materialien hergestellt sein.
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Vorzugsweise ist der Lagerbock aus dem gleichen Material wie das Gehäuseteil gebildet. Das Material kann aus Metall, z.B. Stahl oder Aluminium sein. Durch die Auswahl des gleichen Materials für die Lagerböcke und das Gehäuseteil werden Nachteile, die bei verschiedenen Materialien auftreten vermieden, wie z.B. unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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Die erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine kann beispielsweise als Hydraulikmotor und/ oder als Hydraulikpumpe ein hydraulisches System bilden und in einem Fahrzeug mit einem Hydraulikhybridantrieb eingesetzt werden. Der Hydraulikhybridantrieb kann beispielsweise, einen Verbrennungsmotor, ein hydraulischen System mit Hoch- und Niederdruckspeicher und ein entsprechendes Getriebe umfassen. Ferner ist auch die Anwendung als mobile oder stationäre hydraulische Arbeitsmaschine möglich.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine;
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2: ein Längsschnitt eines Gehäuseteils der erfindungsgemäßen Schrägscheibenmaschine;
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3: einen Längsschnitt des Gehäuseteils durch eine Wiegenlagerung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Der in 1 dargestellte Längsschnitt zeigt eine erfindungsgemäße Schrägscheibenmaschine 1, die als verstellbare Axialkolbenpumpe zur Umsetzung bzw. Umwandlung von mechanischer Energie (Drehmoment, Drehzahl) in hydraulische Energie (Volumenstrom, Druck) oder als verstellbarer Axialkolbenmotor zur Umsetzung bzw. Umwandlung hydraulischer Energie (Volumenstrom, Druck) in mechanische Energie (Drehmoment, Drehzahl) dienen kann. Eine Antriebswelle 9 ist mittels einer Lagerung 10 an einem Gehäuseteil 21 eines ein- oder mehrteiligen Gehäuses 4 und mit einer weiteren Lagerung 10 an dem Gehäuse 4 der Schrägscheibenmaschine 1 um eine Rotationsachse 8 drehbar bzw. rotierend gelagert. Die Lagerung 10 in dem Gehäuseteil 21 ist in dieser Ausführungsform von der Innenseite des Gehäuseteils 21 montierbar. Mit der Antriebswelle 9 ist eine Zylindertrommel 5 drehfest verbunden. Die Zylindertrommel kann dabei in axialer Richtung verschiebbar oder fest verbunden sein. Die Antriebswelle 9 und die Zylindertrommel 5 sind zweiteilig ausgebildet, können aber auch als ein Bauteil ausgebildet sein. Die Zylindertrommel 5 führt die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 aufgrund ihrer drehfesten Verbindung mit aus. In die Zylindertrommel 5 sind eine Vielzahl von Kolbenbohrungen 6 eingearbeitet, in denen Kolben 7 geführt werden. Die Kolben 7 werden auch Arbeitskolben genannt. Die Längsachsen 35 der Kolbenbohrungen 6 und Kolben 7 sind dabei im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse 8 der Antriebswelle 9 bzw. der Zylindertrommel 5 ausgerichtet. Je nach Anwendungsfall kann es auch sinnvoll sein, dass die Längsachsen 35 der Kolbenbohrungen 6 und die darin geführten Kolben 7 nicht achsparallel zueinander angeordnet sind. In den Kolbenbohrungen 6 ist jeweils ein Kolben 7 beweglich gelagert. Eine Schwenkwiege 14 ist um eine Schwenkachse 15 schwenkbar an dem Gehäuse 4 gelagert.
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Die Schwenkwiege 14, auch bekannt als Schrägscheibe, weist eine ebene bzw. plane Fläche auf, die eine Gleitvorrichtung 18 umfasst. Auf der Gleitvorrichtung 18 ist eine Vielzahl von Gleitschuhen 37 angeordnet und jeder Gleitschuh 37 ist dabei mit jeweils einem Kolben 7 verbunden. Hierzu weist jeder Gleitschuh 37 eine Gelenkkugel 39 auf, welche in einer Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 befestigt ist, so dass eine Kolbenverbindungsstelle 22 zwischen der Gelenkkugel 39 und der Lagerpfanne 59 an dem Kolben 7 ausgebildet ist und sich der Kolben 7 über die Gleitvorrichtung 18, bzw. über den Gleitschuh 37 an der Schwenkwiege 14 abstützt. Die teilweise sphärisch ausgebildeten Gelenkkugel 39 und Lagerpfanne 59 sind beide komplementär bzw. sphärisch ausgebildet, so dass dadurch bei einer entsprechenden Bewegungsmöglichkeit zueinander zwischen der Gelenkkugel 39 und der Lagerpfanne 59 an den Kolben 7 möglichst eine ständige Verbindung zwischen dem Kolben 7 und der Gleitvorrichtung vorhanden ist. Aufgrund der Verbindung der Kolben 7 mit der rotierenden Zylindertrommel 5 und der Verbindung der Lagerpfannen 59 mit den Gleitschuhen 37 führen die Gleitschuhe 37 eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 aus.
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Die Schwenkwiege 14 ist um die Schwenkachse 15 schwenkbar in einer Wiegenlagerung 11 gelagert und weist eine Öffnung 42 zur Durchführung der Antriebswelle 9 auf.
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Die Schwenkwiege 14 ist über zumindest eine Schwenkeinrichtung 24 verstellbar. Die Verstellung erfolgt über Verstellkolben 29.
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Die Schwenkeinrichtung 24 kann sowohl durch zwei Verstellkolben 29 als auch durch einen Verstellkolben 29 und einen Gegenkolben dargestellt werden.
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Der in 2 dargestellte Längsschnitt des Gehäuseteils 21 der Schrägscheibenmaschine 1 zeigt die Wiegenlagerung 11, die zentral angeordnete Antriebswelle 9, und die Positionen der Schwenkeinrichtung 24, bzw. der Stell- und Gegenkolben der Schwenkeinrichtung 24. Die Wiegenlagerung 11 ist aus einem mehrteiligen Lagerbock 30, 60 gebildet, wobei dieser aus zwei separaten Lagerböcken 30, 60 gebildet ist, die in einem Abstand H zueinander in dem Gehäuseteil 21 befestigt sind. Der Abstand H der Lagerböcke 30, 60 ist kleiner als ein äußerer Durchmesser D des im Gehäuseteil 21 angeordneten Lagers 10 zur Lagerung der Antriebswelle 9. Dadurch wird die Durchbiegung der Schwenkwiege 14 im Betrieb so klein wie möglich gehalten. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Schrägscheibenmaschine 1 und verringert den Verschleiß an der Wiegenlagerung 11. Durch den Einsatz der Lagerböcke 30, 60 ist der Abstand der Lagerböcke 30, 60 zueinander unabhängig vom Durchmesser D des Lagers 10 zur Lagerung der Antriebswelle 9.
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In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Lagerböcke 30, 60 über Einpressstücke 31, 61 axial zur Antriebswelle 9 in dem Gehäuseteil 21 fixiert. Die Lagerböcke 30, 60 sind in das Gehäuseteil 21 eingesetzt und über die Einpressstücke 31, 61 in dem Gehäuseteil 21 derart fixiert, dass sie durch die von den Arbeitskolben 7 der Schrägscheibenmaschine 1 erzeugten, über die Schwenkwiege 14 eingeleiteten Kräfte, nicht im Gehäuseteil 21 verrutschen können. Zudem sind die Lagerböcke 30, 60 nach dem Einfügen der Einpressstücke 31, 61 gegen Verrutschen während des weiteren Montageverfahrens der Schrägscheibenmaschine 1 gesichert. Die Einpressstücke 31, 61 verspannen die Lagerböcke 30, 60 mit dem Gehäuseteil 21. Nach dem Fügen können diese z.B. form- oder kraftschlüssig über entsprechenden Verfahren mit dem Gehäuseteil 21 verbunden werden.
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Ferner ist dargestellt, dass die Lagerböcke 30, 60 jeweils über zumindest einen Pin 44, 45 radial zur Antriebswelle 9 in dem Gehäuseteil 21 fixiert sind. In dieser Ausführungsform sind die Lagerböcke 30, 60 jeweils über zwei Pins 44, 45, bestehend aus einem Stiftpin 44 und einem Schwertpin 45, radial zur Antriebswelle 9 in dem Gehäuseteil 21 fixiert. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Lagerböcke 30, 60 nicht radial zur Antriebswelle 9 im Gehäuseteil 21 verschieben, wenn die von den Arbeitskolben 7 erzeugten, über die Schwenkwiege 14 eingeleiteten Kräfte auf die Lagerböcke 30, 60 wirken.
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In dieser in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Lagerböcke 30, 60 als Lagerschalen ausgebildet, in denen die Schwenkwiege 14 gelagert ist. Die Lagerböcke 30, 60 dienen somit als Gleitlager zur Aufnahme der Schwenkwiege 14. Je nach Anwendungsfall sind verschiedene nicht dargestellte Oberflächenstrukturen sinnvoll, die die Gleiteigenschaften der Lagerböcke 30, 60 verbessern.
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3 zeigt einen Längsschnitt des Gehäuseteils 21 durch die Wiegenlagerung 11. Der Aufbau ist gleich dem Ausführungsbeispiel aus 2, wobei der dargestellte Lagerbock 30 zusätzlich eine Lagerschale 12 aufnimmt. Die Lagerschale 12 kann aus allen für Lagerschalen, bzw. Gleitlager üblichen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus einem Stahl oder aus Kunststoff, sowie aus einem Verbundwerkstoff oder aus mehreren Lagen unterschiedlicher Materialien. Der Lagerbock 30 passt sich mit dem Einpressstück 31 in das Gehäuseteil 21 der Schrägscheibenmaschine 1 ein. Die axiale und radiale Befestigung des Lagerbocks 30 ist wie bereits zu 2 beschrieben über das Einpressstück 31 und über die Pins 44, 45 realisiert.
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In dem hier dargestellten Schnitt der Wiegenlagerung 11 ist die teilzylinderförmige Teilfläche zur Aufnahme der Schwenkwiege 14, bzw. der Lagerschale 12 dargestellt.
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Für beide in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist der Lagerbock 30, 60 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuseteil 21 gebildet. Das Material kann aus Metall, z.B. Stahl oder Aluminium sein. Je nach Anwendungsfall der Schrägscheibenmaschine 1 kann das Material des Gehäuseteils 21 und des Lagerbocks 30, 60 auch unterschiedlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055161 A1 [0004]
- DE 10220611 A1 [0006]
- DE 102008013010 A1 [0008]
