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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wälzlagereinheit für Dreh- und Längsbewegungen, insbesondere eine Wälzlagereinheit zur Lagerung von Zweimassenschwungrädern. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Zweimassenschwungrad mit einer solchen Wälzlagereinheit und eine Kupplung mit einem Zweimassenschwungrad.
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Hintergrund der Erfindung
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Zweimassenschwungräder werden im Automobilbau auf einer breiten Basis eingesetzt und in Kupplungen integriert, indem sie mittels einer Lagerung auf einer Welle, wie zum Beispiel der Kurbelwelle oder der Getriebeeingangswelle, gelagert sind.
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Aus
DE 10 2004 038 845 A1 ist ein Zweimassenschwungrad bekannt, welches mit einem verbesserten Lageraufbau eine Zweimassenschwungradanordnung zu optimieren sucht. Dazu werden zwei Schwungradanordnungen derart angeordnet, sodass sie sich relativ zueinander bewegen können. Als Schwungradlagerung wird ein Nadellager gewählt, welches zum Abstützen der zweiten Schwungradanordnung an der Kurbelwelle oder der Getriebeeingangswelle vorgesehen ist.
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Auch Kugellager haben für Lagerungen bei Zweimassenschwungrädern bereits Verwendung gefunden, wobei meist hohe Axialkräfte eine Rolle gespielt haben. Gleichzeitig soll ein sehr niedriger Reibungskoeffizient bei sehr geringem vorhandenem Bauraum garantiert werden.
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Ein Zweimassenschwungrad ist ein Torsionsschwingungsdämpfer, der insbesondere in Kraftfahrzeugen zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe geschaltet ist. Es besteht aus einer direkt mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbundenen Primärmasse und einer über die Kupplung gekoppelten, mit der Eingangswelle des Betriebes verbundenen Sekundärmasse, die beide über ein dämpfendes Mitnehmersystem in Form von üblicherweise zwei einander gegenüberliegenden gebogenen Spiraldruckfedern gekoppelt sind. Die Funktion derartiger Zweimassenschwungräder ist an sich bekannt und bedarf keiner detaillierten Beschreibung.
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Aus
DE 10 2008 048 517 A1 ist eine Lagerung für ein Zweimassenschwungrad bekannt, welches unter optimaler Ausnutzung eines vorhandenen, geringen Bauraumes die Lagerung einer Sekundärmasse erlaubt. Als Bauform wurde für die Lagerung ein einreihiges Kugellager gewählt.
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Trotz der bereits bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik, besteht nach wie vor das Problem der Riffelbildung auf der Wellenlaufbahn der Wälzlagerung von Zweimassenschwungrädern. Zum einen verhält es sich so, dass Kugellager zwar axiale motorseitige Schwingungen aufnehmen können, jedoch nicht die ausreichende Tragfähigkeit aufweisen, die bei verschiedenen Anwendungen gefordert sind. Entsprechend können Nadellager, die für die Lagerung von Zweimassenschwungrädern eingesetzt werden, motorseitige Axialschwingungen nicht ausreichend aufnehmen.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlagereinheit zu schaffen, die die geschilderten Nachteile beseitigt oder zumindest abschwächt. Insbesondere soll eine Lösung für die hohe Lastaufnahme und gleichzeitig für die motorseitigen Axialschwingungen erbracht werden.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wälzlagereinheit mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Zweimassenschwungrad und eine Kupplung mit den in Anspruch 9 beziehungsweise in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit für Dreh- und Längsbewegungen sind als Wälzkörper sowohl lasttragend abrollbare Kugeln, als auch lasttragend, abrollbare Zylinderrollen, insbesondere Nadelrollen, vorgesehen, wobei die Kugeln für lineare Längsbewegungen und die Zylinderrollen für Drehbewegungen vorgesehen sind. Damit wird eine Funktionstrennung bewerkstelligt, bei der die Kugeln dazu vorgesehen sind, axiale Motorschwingungen aufzunehmen und die Zylinderrollen dazu vorgesehen sind, eine gewünschte hohe Tragzahl zu erreichen.
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Vorteilhafterweise kann damit der Riffelbildung wirksam entgegengewirkt werden, womit eine Verformung der Welle unterbunden wird und die Lebensdauer der Wälzlagereinheit deutlich steigt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wälzlagereinheit einen ersten Käfig mit Taschen auf, wobei wenigstens eine erste Tasche des ersten Käfigs eine Zylinderrolle und eine zweite Tasche des ersten Käfigs eine Mehrzahl von Kugeln enthält. Auf diese Weise kann die Funktionstrennung zwischen den unterschiedlichen Wälzkörpern trotzdem zu einem vergleichsweise geringen Bauraumverbrauch führen und dennoch können axiale Motorschwingungen und hohe Radiallasten aufgenommen werden. Die Mehrzahl von Kugeln in einer zweiten Tasche richtet sich nach der axialen Breite der Wälzlagereinheit und nach dem Durchmesser der Zylinderrollen. Der Durchmesser der Kugeln muss geringfügig größer sein als der Durchmesser der Zylinderrollen, damit die Kugeln eine ausreichende Auflagefläche für ein kontrolliertes Abrollen auf den Laufbahnen ausbilden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform rollen die Zylinderrollen auf einer Innen-laufbahn eines einteiligen oder mehrteiligen Zwischenrings um eine Rotationsachse der Wälzlagereinheit und die Kugeln rollen auf zu der Rotationsachse parallel verlaufenden Außenlaufbahnen des einteiligen oder mehrteiligen Zwischenrings lasttragend ab. Bei dieser Ausführungsform weist die Wälzlagereinheit mindestens zwei übereinanderliegende Wälzkörperreihen auf, wobei eine Reihe mit Kugeln und eine weitere Reihe mit Nadeln beziehungsweise Zylinderrollen bestückt ist. Der Zwischenring trennt beide Wälzkörperlagen voneinander.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Außenring zur axialen Haltung eines Kugelkäfigs vorgesehen, wobei der Kugelkäfig Taschen mit einer Mehrzahl von Kugeln aufweist. Der Kugelkäfig hat die Funktion die Mehrzahl von Kugeln in axialer Richtung zu führen, wobei es toleriert werden kann, dass die Kugeln in einer Tasche an deren Berührungspunkten mit benachbarten Kugeln Reibung generieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Zwischenring axial vom Außenring und/oder von einer Dichtungsanordnung in Position gehalten. Der Außenring kann somit mehrere Funktionen übernehmen, zum Beispiel erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Wälzlagereinheit vor deren Installation gehandhabt werden muss oder im Wälzlagerbetrieb einen oder beide Wälzlagerkäfige führt oder hält.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Zylinderrollenkäfig an einer Umfangsstelle unterbrochen. Durch diese Maßnahme kann dem Mikroschlupf entgegengewirkt werden, da einem Eingraben der Zylinderrollen oder Nadelrollen auf der Welle wirksam entgegengewirkt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist der einteilige oder mehrteilige Zwischenring spanend bearbeitet worden oder ist alternativ als Umformteil ausgeführt, welches aus einem Stahlblech tiefgezogen wurde. In beiden Fällen können sich Vorteile für die jeweilige Anwendungssituation ergeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der mehrteilige Zwischenring eine Hülse auf, wobei die Hülse entweder die Innenlaufbahn der Zylinderrollen oder die Außenlaufbahn der Kugeln ausbildet. Dabei entstehen Vorteile bei der Fertigung, zumal die Hülse einfacher zu härten und auch einfacher zu installieren, das heißt auf den Zwischenring aufzustecken oder aufzupressen, ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die Hülse mit der Innenlaufbahn der Zylinderrollen zusammen mit den Zylinderrollen ein Standardlager aus. Somit reduziert sich die Anzahl der vorzuhaltenden Bauteile oder Produkte, zumal ein bereits im Sortiment vorhandenes Standardlager in den Zwischenring eingepresst werden kann, um eine Wälzlagereinheit aufzubauen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außenring, beispielsweise mittels eines Festbordes oder eines Bördelbordes, den Zwischenring und gegebenenfalls auch den Kugelkäfig axial festhält oder führt. Auf diese Weise wird nämlich die Herstellung der Wälzlagereinheit durch das Einpressen des Standardlagers abgeschlossen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die Laufbahnen, insbesondere Außen- und Innenlaufbahnen, der Kugeln in Axialrichtung und sind im Wesentlichen parallel zueinander und zur Rotationsachse der Wälzlagereinheit angeordnet. Besonders bevorzugt, ist eine Hülse eines mehrteiligen Zwischenrings, die die Außenlaufbahnen der Kugeln ausbildet, wobei es sich bei dieser Hülse bevorzugt um ein kalt umgeformtes Bauteil handelt. Vorteilhafterweise bildet die Hülse ein in Umfangsrichtung verlaufendes Wellblech aus, wobei die Wellen des Wellblechs die vorgenannten axialen Laufbahnen der Kugeln ausbilden.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Zweimassenschwungrad gelöst, welches mittels einer Wälzlagereinheit für axiale Motorvibrationen als auch für hohe Traglasten konzipiert ist.
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Ferner wird die Aufgabe durch eine Kupplung, insbesondere Reibkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zweimassenschwungrad mit erfindungsgemäßer Wälzlagereinheit gelöst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in den folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen, sowie anhand der in den Figuren ausgeführten Weiterbildungen. Dabei zeigen:
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1A eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,
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1B eine geschnittene Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels in Längsrichtung entlang der Rotationsachse,
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2 eine Kupplung mit wälzgelagertem Zweimassenschwungrad,
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3A ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wälzlagereinheit mit einer als Wellblech ausgeführten Hülse im Längsschnitt entlang der Rotationsachse,
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3B eine senkrecht zur Rotationsachse geschnittene Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,
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3C eine geschnittene, perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,
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4A ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wälzlagereinheit mit einteiligem Zwischenring im Längsschnitt entlang der Rotationsachse,
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4B das dritte Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Rotationsachse,
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4C das dritte Ausführungsbeispiel in geschnittener, perspektivischer Ansicht,
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5A ein viertes Ausführungsbeispiel einer Wälzlagereinheit im Längsschnitt entlang der Rotationsachse,
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5B das vierte Ausführungsbeispiel in senkrecht zur Rotationsachse geschnittener Darstellung, und
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5C das vierte Ausführungsbeispiel in geschnittener, perspektivischer Ansicht.
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Elemente unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit gleichem Bezugszeichen beziehen sich auf das gleiche Element oder Bauteil.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1A und 1B zeigen eine Wälzlagereinheit mit einem Wälzlagerkäfig 9, der in seinen Taschen entweder eine Nadelrolle 2 oder drei Kugeln 1 aufnimmt, wobei jede dritte Tasche in Umfangsrichtung mit einer Nadelrolle 2 und jede übrige Tasche mit Kugeln 1 bestückt ist.
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Der Außenring 10 ist als kalt umgeformte Hülse ausgeführt, wobei die Dichtung 8 axial von einem Festbord des Außenrings 10 und der Käfig 9 axial durch einen Bördelbord in Position gehalten wird.
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2 zeigt eine Kupplungsanordnung 42 mit einem Zweimassenschwungrad 43 und einem Ausrücker 41, wobei sämtliche Bauteile auf der Welle 44 angeordnet sind. Das Zweimassenschwungrad 43 wird mittels des Wälzlagers 40 gelagert, wobei das Wälzlager 40 gemäß einem der vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit ausgeführt ist.
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Die 3A, 3B und 3C zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit.
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Der Außenring 20 hält mittels des Festbordes 23 die beiden Käfige 3, 4 als auch den mehrteiligen Zwischenring 31 axial. Die Dichtungsanordnung 5 besteht aus zwei Umformteilen, wobei eines der beiden zum axialen Führen und Halten des Kugelkäfigs 4, des Nadelrollenkäfigs 3 und auch des mehrteiligen Zwischenrings 31 verwendet wird. Die Dichtungsanordnung 5 ist mittels eines Bördelbordes des Außenrings 20 an der Wälzlagereinheit befestigt und dichtet diese einseitig axial ab.
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Der mehrteilige Zwischenring 31 besteht aus einem spanend gefertigten Hauptteil 31, der radial außen eine Hülse 30 trägt, wobei die Hülse 30 als Wellblech ausgebildet ist. Die Hülse 30 ist sehr leicht mittels Kaltumformung herzustellen, wobei jeweils eine axiale Kugellaufbahn der parallel zur Rotationsachse D verlaufenden Kugellaufbahnen in einem Wellental ausgebildet ist.
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Wichtig ist, dass die axialen Motorschwingungen, beziehungsweise deren maximale Schwingungsamplitude, insoweit berücksichtigt werden muss, dass die Kugeln 1 axial nicht an den Kugelkäfig 4 anschlagen. Es ist sinnvoll, die axiale Breite der Kugelkäfigtasche und/oder die Anzahl der Kugeln 1 in der Kugelkäfigtasche an die zu erwartenden Axialschwingungen anzupassen.
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Die 4A, 4B und 4C zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit, wobei der Zwischenring 21 einteilig ausgeführt ist und an dessen Außenfläche axiale Kugellaufbahnen ausgebildet sind. Damit reduziert sich die Bauteilvielfalt. Ansonsten gelten alle Ausführungen, entsprechend, die zum Ausführungsbeispiel der 3 gemacht wurden.
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Die Dichtungsanordnung 5 wird aus einem Trägerblech 24 gebildet, an dessen radialen inneren Ende eine federbelastete Dichtungslippe angebracht ist. Das Halteblech 25 schützt die Dichtungslippe des Dichtrings 24 vor einem Anlaufend des Nadelrollenkäfigs 3.
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Die 5A, 5B und 5C zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wälzlagereinheit, wobei der Dichtungsring 55 mit radial innen angeformter Dichtlippe auch noch eine axiale Führungs- und/oder Begrenzungsfunktion für den Kugelkäfig 4 und den Zwischenring 51 aufweist.
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Vorteilhafterweise muss die federbelastete Radiallippe 56 nicht weiter vor dem Nadelrollenkäfig 3 geschützt werden, zumal die Hülse 53 mit dem Nadelrollenkäfig 3 und den darin befindlichen Nadelrollen 2 eine so genannte Nadelhülse 53 bildet, die axial durch einen Bördelbord und/oder einen Festbord begrenzt ist, der wiederum die Radiallippe 56 axial von dem Nadelrollenkäfig 3 separiert und damit schützt. Daran ist weiter vorteilhaft, dass die Nadelrollenhülse 53 ein Standardlager beziehungsweise eine Standardhülse ausbildet, die heutzutage bereits von einer Vielzahl von Herstellern angeboten wird. Der Festbord 50 erstreckt sich in der radialen Innenrichtung soweit, dass der Hauptteil des zweiteiligen Zwischenrings 51 axial abgedeckt wird. Damit ist es möglich, dass die Rollenhülse 53 als Ganzes in den Zwischenring 51 eingepresst wird. Die Hülse 53 bildet einen Teil des mehrteiligen Zwischenrings 51 aus.
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Die axialen Kugellaufbahnen 22, 52, insbesondere Innen- und Außenlaufbahnen, der Ausführungsbeispiele 2, 3 und 4 sind Linearlaufbahnen, die in Axialrichtung verlaufen und in Umfangsrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Damit sind die Zwischenringe 21, 22, 30, 31, 51 und die zugehörigen Außenringe 20, 60 der genannten Ausführungsbeispiele axial zueinander verschiebbar und drehen sich im Wälzbetrieb gemeinsam mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse D.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Wälzlagereinheit für Dreh- und Längsbewegungen, bei der als Wälzkörper 1, 2 sowohl lasttragend abrollbare Kugeln 1 als auch lasttragend abrollbare Zylinderrollen 2, insbesondere Nadelrollen 2, vorgesehen sind, wobei die Kugeln 1 für lineare Längsbewegungen und die Zylinderrollen 2 für Drehbewegungen vorgesehen sind. Auf diese Weise findet eine Funktionstrennung statt, die erlaubt, dass sowohl eine hohe Traglast, als auch axiale Motorvibrationen aufgenommen werden können. Hiermit kann insbesondere beim Zweimassenschwungrad, beziehungsweise in dessen Lagerung 40, der Riffelbildung effektiv entgegengewirkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- D
- Rotationsachse
- 1
- Kugel
- 2
- Nadelrolle
- 3
- Nadelkäfig
- 4
- Kugelkäfig
- 5
- Dichtungsanordnung
- 6
- Dichtungsring
- 7
- Unterbrechung
- 8
- Dichtungsanordnung
- 9
- Käfig
- 10
- Außenring
- 20
- Außenring
- 21
- Zwischenring
- 22
- axiale Kugellaufbahn
- 23
- Festbord
- 24
- Dichtungsring
- 25
- Halteblech
- 30
- Innenring
- 31
- Zwischenring
- 40
- Zweimassenschwungradlager
- 41
- Ausrücker
- 42
- trockene Reibkupplung
- 43
- Zweimassenschwungrad
- 44
- Welle
- 50
- Festbord
- 51
- Zwischenring
- 52
- axiale Kugellaufbahn
- 53
- Hülse
- 54
- Bördelbord
- 55
- Dichtungsring
- 56
- federbelastete Radiallippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038845 A1 [0003]
- DE 102008048517 A1 [0006]
