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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einer Sicherungseinrichtung zur Verdreh- und Axialsicherung eines Wälzlagers gemäß den oberbegriffsbildenden Merkmalen von Anspruch 1.
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Sicherungseinrichtungen der eingangs genannten Bauart sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Diese sind zur Fixierung eines Wälzlagers gegenüber einer Umgebungskonstruktion bestimmt. Damit kann für eine Einbausituation, in der beispielsweise toleranzbedingt keine ausreichende dauerhafte Fixierung des Wälzlagers erzielbar ist, ein nachteiliges axiales Wandern und/oder eine Verdrehung zwischen dem äußeren Lagerring und einem das Wälzlager aufnehmenden Gehäuse wirksam vermieden werden.
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Die
US 7,374,345 B2 betrifft ein System zur Befestigung eines Wälzlagers in einer Radlagereinheit in axialer Richtung relativ zu einem zylindrischen Lagersitz. Dazu ist ein Sicherungsring vorgesehen, der mit einem rechtwinkeligen, eine Befestigungsklammer bildenden Schenkel bereichsweise den äußeren Lagerring umgreift. Über ein zugehöriges, endseitig angeordnetes, elastisches Kunststoffelement verrastet der Schenkel innenseitig in eine Ringnut des äußeren Lagerrings sowie außenseitig in eine korrespondierende Ringnut von dem zylindrischen Lagersitz. Gemäß der
DE 100 32 474 A1 wird zur Lagefixierung einer Rollenhülse von einem Wälzlager eines Fahrzeuggetriebes eine Vorrichtung eingesetzt, bei der ein scheibenförmiges Sicherungselement mit der Rollenhülse in Wirkverbindung steht. Die Rollenhülse weist dazu in zumindest einem Bereich ihrer Außenflächen ein schräges Zahnprofil auf, das im Einbauzustand formschlüssig in ein korrespondierendes Gegenprofil des Sicherungselements eingreift. Durch die Verzahnung kann eine Fixierung des Wälzlagers in axialer und radialer Richtung erreicht werden, die aufgrund des verwendeten, schräg ausgerichteten Profils Toleranzen in zwei Raumrichtungen zu berücksichtigen hat. Aus der
DE 10 1804 059 518 A1 ist ein Wälzlager bekannt, bei dem zur axialen Fixierung ein als Ringscheibe ausgebildeter Halteflansch mit einem Trägerelement verschraubt wird, der gleichzeitig zur Vermeidung einer Verdrehung des Wälzlagers bestimmt ist. Diese vormontierte Einheit zur Verdreh- und Axialsicherung des Wälzlagers verursacht hohe Fertigungskosten, einen großen Montageaufwand und erfordert einen relativ großen Bauraum.
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In der
DE 101 53 441 A1 ist zur Wälzlagerfixierung ein Halteelement beschrieben, das aus einem ebenen, ringförmigen Grundkörper besteht, der umfangsseitig an mindestens zwei Stellen an einem Gehäuse verschraubt ist. Das Halteelement weist an einem das Wälzlager radial überdeckenden Abschnitt eine sich in Achsrichtung erstreckende Erhebung auf. Die Lageranordnung nach der
DE 10 1807 062 363 A1 zeigt eine Sicherungseinrichtung zur Verdreh- und Axialsicherung eines Wälzlagers. Dazu bildet der äußere Lagerring des Wälzlagers eine Ausnehmung, in die formschlüssig eine als Scheibe ausgeführte Sicherungseinrichtung eingepasst ist, die mit einem Gehäuse verschraubt ist. Weiterhin ist zur Drehsicherung am äußeren Lagerring an der zur Sicherungseinrichtung zugewandten Seite eine Ausnehmung vorgesehen, in die im Einbauzustand ein Vorsprung oder Ansatz der als Scheibe ausgeführten Sicherungseinrichtung eingreift. Aus der
DE 10 2007 049 049 A1 ist eine weitere Anordnung zur axialen und radialen Sicherung eines Wälzlageraußenrings in einem Lagersitz an einem Gehäuse bzw. in einer Umgebungskonstruktion bekannt. Dazu ist dem Lageraußenring stirnseitig mindestens ein an dem Gehäuse verschraubtes, lösbar befestigtes, als laschenartiges Sicherungsblech ausgebildetes Sicherungselement zugeordnet, das formschlüssig in eine Stirnnut des Lageraußenrings eingreift.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung mit einer zuverlässigen, kompakten Verdreh- und Axialsicherung eines Wälzlageraußenrings in einem Gehäuse zu schaffen, die einfach aufgebaut und montierbar, kostengünstig realisierbar ist sowie den Lagersitz nicht beeinflusst.
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Diese Aufgabenstellung wird durch eine die Merkmale des Anspruchs 1 einschließende Lageranordnung gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Erfindungsgemäß ist als Sicherungseinrichtung eine Sicherungsscheibe eingesetzt ist. Die Sicherungsscheibe ist einteilig mit dem ersten außenseitigen Sicherungselement, das beispielsweise durch mehrere Zacken gebildet ist, und dem zweiten Sicherungselement ausgebildet. Der Außenring weist wenigstens einen sich in radiale Richtung erstreckenden Bord auf. Der Bord läuft vorzugsweise um die Rotationsachse des Wälzlagers um. Das zweite Sicherungselement ist mindestens ein einteilig mit dem zweiten Sicherungselement ausgebildeter Ansatz, wie zum Beispiel ein axial aus der Sicherungsscheibe hervorstehender Zacken oder Vorsprung, der in eine Ausnehmung in dem Bord radial und eingreift oder in diese radial hinein und durch diese axial hindurch greift. Die Sicherungsscheibe ist mittels wenigstens eines in eine Ringnut des Gehäuses eingesetzten und sich axial an die Sicherungsscheibe anschließenden Halteelements axial in der Ringnut des Gehäuses gesichert.
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Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung für eine Lageranordnung umfasst eine Sicherungsscheibe, die sowohl mit dem Gehäuse als auch mit dem Außenring des Wälzlagers kooperierende, formschlüssig wirkende Sicherungselemente einschließt. Dabei steht ein erstes außenseitiges Sicherungselement der Sicherungsscheibe mit einer Innenkontur einer Lagerbohrung des Gehäuses in Wirkverbindung. Ein zweites Sicherungselement der Sicherungsscheibe bildet zumindest einen axial vorstehenden, mit dem Außenring des Wälzlagers zusammenwirkenden Ansatz, der in eine axial durchgängige, radial ausgerichtete Ausnehmung von einem Bord des Außenrings oder der Rollenhülse des Wälzlagers eingreift. Zur axialen Sicherung der Sicherungsscheibe umfasst die Sicherheitseinrichtung ein separates, in eine Ringnut des Gehäuses eingesetztes Halteelement.
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Durch die bauraumoptimierte, dünnwandige, ausschließlich über einen formschlüssigen Eingriff mit einem Bord des äußeren Wälzlagerrings verbundene Sicherungsscheibe wird vorteilhaft weder der Lagersitz noch die Überdeckung des Wälzlagers negativ beeinflusst, was sich positiv auf den Sitz des Wälzlagers auswirkt. Die einfach aufgebaute und kostengünstig herstellbare, radiale und axiale Formschlusselemente einschließende Sicherungsscheibe ermöglicht die Realisierung einer kostengünstigen, bauraumoptimierten Sicherungseinrichtung. Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Konzept die Möglichkeit, die Sicherungsscheibe und das Halteelement kostenoptimiert, automatisiert zu montieren. Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung gewährleistet außerdem eine zuverlässige axiale und radiale Sicherung des äußeren Lagerrings und somit des Wälzlagers. Aufgrund des einfachen und leicht montierbaren Aufbaus ist die Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung insbesondere für Großserien, wie beispielsweise für Lageranordnungen in Schaltgetrieben oder Radlagerungen von Fahrzeugen kostengünstig einsetzbar.
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Vorteilhaft bietet die Erfindung auch für eine Einbausituation eine sichere Verdreh- und Axialsicherung des äußeren Lagerrings, bei der das Gehäuse und der Außenring oder die Rollenhülse des Wälzlagers aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind. Für den äußeren, aus Stahl hergestellten Lagerring eignet sich vorzugsweise ein Kohlenstoffstahl bzw. ein als DC 03 bezeichnetes Umformblech, das nach dem Umformvorgang zur gezielten Härtesteigerung der Randschicht mittels eines Diffusionsvorgangs aufgekohlt wird. Als Werkstoff für das als Gussteil gestaltete Gehäuse wird insbesondere Aluminium oder eine Leichtmetalllegierung vorgesehen. Aufgrund der spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten jedes Werkstoffs kann sich im Einbauzustand zwischen den aus verschiedenen Werkstoffen hergestellten Bauteilen ein Einbauspiel einstellen, das ein axiales Wandern des äußeren Lagerrings sowie ein Verdrehen des Lagerrings im Gehäuse auslösen kann. Diese nachteiligen Bewegungen des Wälzlagers werden durch die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung unterbunden.
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In Weiterbildung der Erfindung bildet die scheibenartige Sicherungsscheibe als Sicherungselement außenseitig zumindest einen radial ausgerichteten Lappen, der formschlüssig in eine komplementär ausgebildete Längsnut des Gehäuses eingreift. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine verdrehgesicherte Sicherungsscheibe und des damit in Verbindung stehenden äußeren Lagerrings.
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Vorteilhaft schließt die Sicherungsscheibe mehrere beispielsweise drei symmetrisch umfangsverteilt positionierte Lappen ein, denen jeweils eine Gehäuselängsnut zugeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist zur axialen Lagesicherung der Sicherungsscheibe und folglich des Wälzlagers als Halteelement eine radial vorgespannte, eine Trennfuge einschließende Scheibe vorgesehen. Bevorzugt eignet sich dazu ein Seegerring oder Nutring mit einem rechteckigen Querschnittprofil, der mittels eines Werkzeugs durchmesserreduzierbar und bei Lageübereinstimmung in die Ringnut des Gehäuses als Schnappverbindung einsetzbar ist. In Weiterbildung der Erfindung ist die für das Halteelement bestimmte Ringnut des Gehäuses mit der für den Lappen der Sicherungsscheibe bestimmten Längsnut des Gehäuses verbunden.
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Zur kostengünstigen Herstellung der aus Stahlblech hergestellten Sicherungsscheibe eignet sich insbesondere ein spanloses umformtechnisches Verfahren. Damit kann die Sicherungsscheibe einschließlich der axialen und radialen, auch als Formschlusselemente zu bezeichnenden Sicherungselemente, dem axial vorstehenden Ansatz sowie dem radial ausgerichteten Lappen, hergestellt werden. Der oder die Lappen sind dabei bevorzugt rechteckförmig und die Ansätze halbkreisförmig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann beispielsweise ein Stanzverfahren eingesetzt werden, mit dem die Sicherungsscheibe aus einem Stahlblech ausgestanzt und anschließend der axial vorstehende Ansatz der Sicherungsscheibe rechtwinkelig umgebogen wird. Die Anzahl und die Anordnung der axialen Ansätze sowie der radialen Lappen der Sicherungsscheibe können beliebig sein. Abweichend von einer symmetrischen kann auch eine asymmetrische Anordnung der Ansätze vorgesehen werden. Für die auch als Ring- oder Segmentkörper zu bezeichnende Sicherungsscheibe ist vorzugsweise ein rechteckiger Querschnitt vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Sicherungseinrichtung ist insbesondere für Lageranordnungen von Getrieben, beispielsweise die Lagerung einer Ritzelwelle in einem Schaltgetriebe von Fahrzeugen bestimmt. Weiterhin eignet sich die erfindungsgemäße Einrichtung allgemein zur Lagerung und/oder Führung von Drehmomentwandlern sowie zur grundsätzlichen Verwendung in Verbindung mit Nadelhülsen als Führungslager. Die dabei in Getriebegehäusen aus Leichtmetall, insbesondere Aluminiumlegierungen eingesetzten Wälzlager aus einem Stahlwerkstoff zur Lagerung von Ritzelwellen bzw. Schaltwellen erfordern eine wirksame Verdreh- und Axialsicherung eines Wälzlagers. Weiterhin ist die Sicherungseinrichtung in Radlagerungen einsetzbar. Vorteilhaft sind die zur erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung gehörigen, axial durchgängigen, radial ausgerichteten Ausnehmungen an einem Bord des Wälzlager-Außenrings zur Vermeidung einer Verwechselung als Erkennungsmerkmal für das Wälzlager nutzbar. Außerdem eignen sich die Ausnehmungen im Bord des Außenrings zur Lageorientierung beim Einbau des Wälzlagers oder zur Aufnahme des Wälzlagers mittels eines Werkzeugs in Verbindung mit einer automatisierten Montage.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist, wobei sich die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Sofern nicht anders erwähnt, sind in der Beschreibung gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt von einem Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit zugehöriger erfindungsgemäßer Sicherungseinrichtung;
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2 die Lageranordnung gemäß 1 in einer Perspektive, wobei die Sicherungseinrichtung ohne Halteelement abgebildet ist;
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3 die Lageranordnung in einer Perspektive nach 2, wobei die Sicherungseinrichtung mit dem Halteelement abgebildet ist;
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4 in einer Detailansicht den seitlichen Bord von dem Außenring des Wälzlagers der Lageranordnung gemäß 1;
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5 eine Sicherungsscheibe der erfindungsgemäßen Sicherungseinrichtung in der Vorderansicht; und
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6 eine Schnittansicht der Sicherungsscheibe gemäß dem Verlauf 6-6 nach 5.
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In der 1 ist eine Lageranordnung 1 gezeigt, die beispielsweise zur Lagerung einer nicht abgebildeten Ritzelwelle eines Schaltgetriebes bestimmt ist. Zur Bildung eines Lagersitzes ist ein als Zylinderrollenlager bzw. Nadellager ausgebildetes Wälzlager 2 über einen Außenring 3 in eine Lagerbohrung 4 des Gehäuses 5 eingepasst. Das auch als Rollenhülse zu bezeichnende Wälzlager 2 umfasst neben dem einteiligen Außenring 3 zylindrisch ausgebildete Wälzkörper 6, die im Einbauzustand innenseitig unmittelbar der nicht abgebildeten Ritzelwelle zugeordnet sind. Zur Aufnahme der Wälzkörper 6 ist ein Wälzkörperkäfig 7 vorgesehen, der an seitlichen Borden 8a, 8b des Außenrings 3 geführt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Außenring 3 des Wälzlagers 2 aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere einem Kohlenstoffstahl und das Gehäuse 5 aus Leichtmetall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Im Betriebszustand des Schaltgetriebes stellt sich eine Erwärmung des Gehäuses 5 ein, wodurch sich der Außenring 3 und das Gehäuse 5 aufgrund der Erwärmung auch in radialer und in axialer Richtung ausdehnen. Aufgrund abweichender Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Leichtmetall bzw. Aluminiumlegierungen weitet sich bei der Erwärmung die Lagerbohrung 4 des Gehäuses 5 stärker aus als der Außenring 3, wodurch eine Lockerung von dem Presssitz des Wälzlagers 2 am Lagersitz auftreten kann. Eine Lockerung kann dazu führen, dass sich der Außenring 3 innerhalb des Gehäuses 5 in Umfangsrichtung verdreht und/oder sich axial verschiebt.
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Zur Vermeidung einer nachteiligen Lageveränderung des Außenrings 3 und folglich des Wälzlagers 2 schließt die Lageranordnung 1 eine Sicherungseinrichtung 9 ein. Zur Verdrehsicherung ist eine Sicherungsscheibe 10 vorgesehen, die über Sicherungselemente 11, 12 sowohl mit dem Gehäuse 5 als auch mit dem Außenring 3 in Wirkverbindung steht. Das erste Sicherungselement 11 wird von zumindest einem außenseitigen, radial ausgerichteten Lappen 13 der Sicherungsscheibe 10 gebildet, der formschlüssig in eine Längsnut 17 des Gehäuses 5 eingreift und damit eine Verdrehsicherung gewährleistet. Als zweites Sicherungselement 12, das auch als Formschlusselement zu bezeichnen ist, umfasst die Sicherungsscheibe 10 einen rechtwinkelig in Richtung des Wälzlagers 2 ausgerichteten Ansatz 14, der formschlüssig in eine axial durchgängige oder längenbegrenzte, radial ausgerichtete Ausnehmung 15 von dem Bord 8b des Wälzlageraußenrings 3 eingepasst ist. Vorzugsweise schließt der Bord 8b mehrere symmetrisch umfangsverteilte, innenseitige Ausnehmungen 15 ein. Die einseitige Anordnung von Ausnehmungen 15 an einem Bord 8b des Außenrings 3 kann als Erkennungsmerkmal und zur Vermeidung einer Verwechselung bzw. zur Lageorientierung des Wälzlagers 2 genutzt werden. Weiterhin bieten die Ausnehmungen 15 die Möglichkeit, das Wälzlager 2 mittels eines Werkzeugs für automatisierte Montagen vereinfacht aufzunehmen. Zur axialen Sicherung des Außenrings 3 und damit des Wälzlagers 2 ist ein der Sicherungsscheibe 10 vorgelagertes Halteelement 20 vorgesehen. Das radial vorgespannte, scheibenartige Halteelement 20 verrastet im Einbauzustand kraft- und formschlüssig in einer Ringnut 19 des Gehäuses 5. Die Ausgestaltung der Sicherungseinrichtung 9 im Hinblick auf die Lageranordnung 1, die ein als Zylinderrollenlager ausgeführtes Wälzlager 2 einschließt, ist keine Einschränkung der Erfindung. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebene Sicherungseinrichtung 9 in Verbindung mit dem Wälzlager 2 ist für alle Getriebebauarten verwendbar sowie auf andere Wälzlager, wie beispielsweise eine Rollenhülse, übertragbar. Darüber hinaus kann die Sicherungseinrichtung 9 für jede Wellen- oder Radlagerung eingesetzt werden, bei der ein Wälzlager sowohl axial als auch in einer Umfangsrichtung zu sichern ist.
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In den 2 und 3 ist die Lageranordnung 1 dreidimensional in der Perspektive abgebildet, wodurch insbesondere das Zusammenwirken von der Sicherungsscheibe 10 und dem Halteelement 20 mit dem Gehäuse 5 verdeutlicht wird. Nach 2 umfasst die Sicherungsscheibe 10 der Sicherungseinrichtung 9 drei symmetrisch umfangsverteilte, mit Längsnuten 17 zusammenwirkende Lappen 13. Zur Montage der Sicherheitseinrichtung 9 wird nach einer Lageübereinstimmung zwischen den Lappen 13 und den zugehörigen Längsnuten 17 zunächst die Sicherungsscheibe 10 axial in das Gehäuse 5 eingefügt. Anschließend erfolgt die Montage des radial vorgespannten, eine Trennfuge 16 einschließenden Halteelements 20. Dazu wird das Halteelement 20 zunächst mittels eines in Aufnahmen 21a, 21b eingreifenden separaten Werkzeugs radial verengt, um es in die Ringnut 19 einsetzen zu können. In der Einbaulage ist das gespreizte Haltelement 20 form- und kraftschlüssig in der Ringnut 19 positioniert und damit gleichzeitig die sich an dem Halteelement 20 abstützende Sicherungsscheibe 10 axial fixiert. Als Halteelement 20 eignet sich insbesondere ein Seegerring.
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Die 4 zeigt eine Detailansicht von dem Bord 8b des Wälzlageraußenrings 3. Innenseitig bildet der Bord 8b umfangsverteilt mehrere sich über die ganze Breite des Bordes 8b erstreckende, radial ausgerichtete Ausnehmungen 15, die zur formschlüssigen Aufnahme der axial vorstehenden Ansätze 14 der Sicherungsscheibe 10 bestimmt sind. Alternativ zu den im Winkel β von 15° beabstandet angeordneten, durchgängigen Ausnehmungen 15 können diese mit abweichenden Winkelabständen sowie längenbegrenzt ausgeführt werden, falls diesen beispielsweise Ansätze 14 zugeordnet sind, deren Länge die Breite von dem Bord 8b unterschreitet.
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Den 5 und 6 sind weitere Details der Sicherungsscheibe 10 zu entnehmen. Jeweils um einen Winkel α von 40° versetzt, umfasst die Sicherungsscheibe 10 neun einseitig axial vorstehende, das Sicherungselement 12 bildende Ansätze 14. Aufgrund einer umformtechnischen Herstellung bilden sich gegenseitig von den Ansätzen 14 in der Sicherungsscheibe 10 lokale Vertiefungen 18. Außenseitig bildet die Sicherungsscheibe 10 drei jeweils um 120° zueinander versetzte, radial ausgerichtete Lappen 13, die im Einbauzustand formschlüssig in die Längsnut 17 des Gehäuses 5 eingreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Außenring
- 4
- Lagerbohrung
- 5
- Gehäuse
- 6
- Wälzkörper
- 7
- Wälzkörperkäfig
- 8a
- Bord
- 8b
- Bord
- 9
- Sicherungseinrichtung
- 10
- Sicherungsscheibe
- 11
- Sicherungselement
- 12
- Sicherungselement
- 13
- Lappen
- 14
- Ansatz
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Trennfuge
- 17
- Längsnut
- 18
- Vertiefung
- 19
- Ringnut
- 20
- Halteelement
- 21a
- Aufnahme
- 21b
- Aufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7374345 B2 [0003]
- DE 10032474 A1 [0003]
- DE 101804059518 A1 [0003]
- DE 10153441 A1 [0004]
- DE 101807062363 A1 [0004]
- DE 102007049049 A1 [0004]
