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Die Erfindung betrifft ein Schmiermittelsystem zur Schmierung eines Lagers einer Welle, insbesondere eines Tiefenrüttlers zum Verdichten eines Bodens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Tiefenrüttler mit einem derartigen Schmiermittelsystem gemäß des Anspruchs 6.
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Ein Tiefenrüttler ist ein horizontal schwingungserzeugendes Gerät zur Bodenstabilisierung nicht tragfähiger Böden. Tiefenrüttler werden zur Durchführung von verschiedenen Rüttelverfahren eingesetzt, um den Bauuntergrund zu verbessern, falls dieser für das geplante Vorhaben keine ausreichende Tragfähigkeit aufweist. Hierzu werden durch den Tiefenrüttler Schwingungen in den Boden eingebracht.
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Grobkörnige und rollige Böden wie z. B. Sand oder Kies können durch diese Schwingungen konsolidiert, d. h. in sich verdichtet, werden, indem sie in eine dichtere Lagerung gebracht werden (Rütteldruckverfahren). Der Tiefenrüttler wird dabei durch Luftspülung im Trockenverfahren oder durch Wasserspülung im Nassverfahren in den Boden eingebracht und die Konsolidierung beim Herausziehen des Tiefenrüttlers aus dem Boden vorgenommen.
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Bei gemischt- oder feinkörnigen sowie bindigen Böden wie z. B. Feinsande oder Schluffe, bei denen keine ausreichende Verdichtung des Bodenmaterials erreicht werden kann, wird grobkörniges Zugabematerial wie z. B. Kies in den durch Spülung und Schwingungen verflüssigten Boden eingebracht, so dass eine sog. Rüttelstopfsäule geschaffen werden kann (Rüttel-Stopfverfahren). Der Tiefenrüttler kann hierzu auch als Schleusenrüttler ausgebildet werden, um das Zugabematerial durch eine Schleuse über ein Transportrohr zur Rüttlerspitze und dort in den durch Heben und Senken des Tiefenrüttlers gebildeten Hohlraum einbringen zu können.
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Tiefenrüttler weisen ein zylindrisches Metallrohr als Gehäuse auf, dessen unteres Ende die Gehäusespitze oder Rüttlerspitze darstellt, mit der sie in den Untergrund eindringen können. Innerhalb des Gehäuses und oberhalb der Gehäusespitze ist das Schlagwerk angeordnet. Weiter oberhalb ist ein im Allg. elektrischer Antrieb angeordnet, welcher mit dem Schlagwerk verbunden ist und dieses antreiben kann, wobei auch ein hydraulischer Antrieb möglich ist. Dieser gesamte Bereich des Gehäuses mit Antrieb und Schlagwerk kann als Schlagwerkgehäuse bezeichnet werden. Das Gehäuse ist an ihrem oberen Ende über eine Rüttlerkupplung mit einem Verlängerungsrohr verbindbar, um mittels diesem mit einer Aufhängung an einem Bagger oder einem mäklergeführten Tragegerät aufgehängt bzw. befestigt werden zu können.
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Das Schlagwerk weist ein Unwuchtgewicht auf, welches über eine Unwuchtgewichtswelle mittels des Antriebs innerhalb des Schlagwerkgehäuses um die Längsachse des Tiefenrüttlers rotieren kann. Das rotierende Unwuchtgewicht kann das Schlagwerkgehäuse samt Gehäusespitze in eine schwingende, taumelnde Rotationsbewegung um die Längsachse versetzen, so dass das verflüssigte Bodenmaterial radial verdrängt und bzw. oder umgelagert werden kann.
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Die Unwuchtgewichtswelle wird im Inneren des Schlagwerkgehäuses unterhalb und oberhalb des Unwuchtgewichts durch zwei Unwuchtgewichtslager gelagert. Dies kann über Kugellager, Rollenlager, Zylinderrollenlager oder dergleichen geschehen. Die Unwuchtgewichtslager müssen während des Betriebes geschmiert werden, um die Reibung zu verringern und Verschleiß zu vermeiden.
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Zu diesem Zweck sind von mehreren Herstellerfirmen von Tiefenrüttlern Unwuchtgewichtslager bekannt, die mit Öl oder Fett geschmiert werden. Hierzu können z. B. Ölförderkreisläufe oder Fettvorratsspeicher vorgesehen sein.
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Nachteilig ist hierbei, dass Ölförderkreisläufe sehr aufwendig und auch störungsanfällig sind. Insbesondere die Pumpe kann durch die Schwingungen des Schlagwerkes und die Wärme, die insbesondere durch einen elektrischen Antrieb entstehen kann, ausfallen und damit die gesamte Ölschmierung während des Betriebs lahmlegen.
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Nachteilig ist ferner, dass die Fettvorratsmengen während des Einsatzes verbraucht werden können und das Auffüllen der Fettvorratsspeicher im Innen des Tiefenrüttlers, insbesondere im Schlagwerk, von außen bzw. oben sehr aufwendig sein kann.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schmierung eines Lagers einer Welle eines Tiefenrüttlers zu verbessern und diese gleichzeitig möglichst einfach zu gestalten, insbesondere ohne bewegliche und bzw. oder aktiv zu betreibende Komponenten wie z. B. Pumpen. Insbesondere soll die Auffüllung eines Schmiermittels einfach möglich sein. Wenigstens soll eine Alternative zu bekannten Möglichkeiten geschaffen werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schmiermittelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Tiefenrüttler mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Schmiermittelsystem zur Schmierung eines Lagers einer Welle, insbesondere eines Tiefenrüttlers zum Verdichten eines Bodens, mit einer Schmiermittelquelle, die oberhalb des Lagers angeordnet ist, zur Abgabe eines Schmiermittels nach unten, insbesondere tropfend, in das Lager hinein oder auf das Lager drauf, so dass auf diese Weise, wie zuvor beschrieben, eine dosierte Schmierung des Lager ohne Förderkreislauf realisiert werden kann.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Schmiermittelsystem dadurch aus, dass ferner ein Schmiermittelauffangelement vorgesehen ist, welches unterhalb des Lagers derart angeordnet ist, dass das durch das Lager hindurchgetretene Schmiermittel aufgefangen und derart gespeichert werden kann, dass sich das Lager, insbesondere dessen bewegliche Elemente wie z. B. die Zylinderrollen, zumindest teilweise in dem aufgefangenen Schmiermittel befindet. Mit anderen Worten wird das Schmiermittel unmittelbar unter dem Lager aufgefangen und derart zurückgestaut, dass sich das Lager wenigstens in seinem unteren Bereich in dem aufgefangenen Schmiermittel befindet.
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Auf diese Weise kann ein Trockenlaufen des Lagers verhindert werden, weil bei ausreichender aufgefangener Schmiermittelmenge immer eine ausreichende Schmiermittelmenge auf dem Schmiermittelauffangelement vorhanden ist, um eine kontinuierliche Schmierung des Lagers zu erreichen. Dies kann die Lebensdauer des Lagers erhöhen.
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Ferner kann das aufgefangene Schmiermittel durch die Bewegungen der Lagerelemente wie z. B. Zylinderrollen des Lagers an diesen anhaften und durch deren Rotation innerhalb des Lagers verteilt werden, so dass die Reibung und der Verschleiß reduziert werden können. Somit wird das Lager nicht nur wie bisher bekannt durch das Schmiermittel von oben zumindest bereichsweise geschmiert, sondern erfindungsgemäß auch dessen unterer Bereich durch das aufgefangene Schmiermittel bzw. das Lager als Ganzes von unten durch das von hier über die Lagerelemente verteilte Schmiermittel.
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Vorteilhaft ist auch, dass das erfindungsgemäße Schmiermittelsystem einfach und schnell mit Schmiermittel aufgefüllt werden kann, weil hierzu lediglich das Auffüllen der Schmiermittelquelle oberhalb des Lagers erforderlich ist. Das Auffüllen des Lagers mit Schmiermittel erfolgt dabei von alleine durch das Heruntertropfen des Schmiermittels aus der Schmiermittelquelle sowie durch das aufgefangene Schmiermittel unterhalb des Lagers.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Schmiermittelauffangelement einen gegenüber dem aufgefangenen Schmiermittel radial äußeren Rand auf, der sich in der Höhe bis zum Lager erstreckt. Dieser Rand begrenzt das Schmiermittelauffangelement nach radial außen, so dass das aufgefangene Schmiermittel in dieser Richtung gegen diesen Rand gestaut werden kann. Dies kommt insbesondere bei einer Rotation der gelagerten Welle zum Tragen, weil dann das aufgefangene Schmiermittel durch die Rotation der Lagerelemente wie z. B. Zylinderrollen bei Kontakt zu diesen Lagerelementen in das Lager hineingezogen werden kann. Hierdurch kann sich das Schmiermittel im ganzen Lager verteilen, d. h. auch in Bereichen, die weder durch das Schmiermittel von oben noch durch das aufgefangene Schmiermittel abgedeckt werden.
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Auch kann das aufgefangene Schmiermittel bei einer ausreichenden Viskosität durch die rotierenden Lagerelemente eine Zentrifugalkraft erfahren, so dass es radial nach außen auf dem Schmiermittelauffangelement bewegt werden kann. Dann ist der radial äußere und bis zum Lager hoch ausgebildete Rand vorteilhaft, weil das aufgefangene Schmiermittel an dieser Seite des Schmiermittelauffangelements nicht entweichen sondern in das Lager befördert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Schmiermittelauffangelement einen Durchlass auf, durch den das aufgefangene Schmiermittel nach unten aus dem Schmiermittelauffangelement austreten kann. Durch diesen Durchlass kann das Schmiermittel in den Schlagwerkraum ablaufen. Dies ist vorteilhaft, weil die Menge des Schmiermittels, die das Lager von unten schmieren kann, auf diese Weise einfach eingestellt werden kann. Hierbei kann der Durchlass in seiner Position und Form, d. h. Breite und Länge, so eingestellt werden, dass immer eine sichere Schmierung des Lagers von unten erreicht wird, ohne dass sich zu viel Schmiermittel in das Lager staut.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Durchlass radial nach innen zur Welle hin angeordnet. Hierbei wird berücksichtigt, dass auf das aufgefangene Schmiermittel Zentrifugalkräfte wirken können, so dass sich das aufgefangene Schmiermittel eher nach radial außen hin auf dem Schmiermittelauffangelement stauen kann. Aus diesem Grund kann der radial innere Durchlass z. B. als Spalt eher radial innen zur Welle hin angeordnet werden, um erst ab einer vorbestimmten Menge bzw. Höhe des aufgefangenen Schmiermittels dieses teilweise in den Schlagwerkraum abzugeben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schmiermittelauffangelement feststehend angeordnet. Dies ermöglicht eine sichere und feste Positionierung des Schmiermittelauffangselements sowie ggfs. eine sichere Positionierung des Durchlasses in den Schlagwerkraum.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Tiefenrüttler zum Verdichten eines Bodens mit einer Welle, die mittels eines Lagers gelagert wird, wobei das Lager ein Schmiermittelsystem wie zuvor beschrieben aufweist. Hierdurch können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile bei einem Tiefenrüttler genutzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Tiefenrüttler; und
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2 eine schematische Detailansicht eines erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems zur Schmierung eines Lagers einer Welle eines Tiefenrüttlers.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Tiefenrüttler 1. Der Tiefenrüttler 1 ist in der 1 in der Orientierung dargestellt, wie er nach unten in einen Boden eindringen würde. Diese Richtung entspricht auch einer Richtung der Längsachse L des Tiefenrüttlers 1, zu der sich senkrecht die radiale Richtung R bzw. der Radius R erstreckt. In diesem Sinne sind im Folgenden die Bezeichnungen „oben” und „unten” in der Höhe H zu verstehen.
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Der Tiefenrüttler 1 weist ein Rüttlergehäuse 10 auf, welches im oberen Bereich einen zylindrischen Gehäuseteil 11, das Schlagwerkgehäuse 11, aufweist, an welchem sich nach unten zum Boden hin die Gehäusespitze 12 bzw. Rüttlerspitze 12 erstreckt.
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Im oberen Bereich des Schlagwerkgehäuses 11 ist eine Antriebseinheit 2 angeordnet. Die Antriebseinheit 2 weist einen elektrischen Motor 20 auf. Der elektrische Motor 20 ist um eine Antriebswelle 21 angeordnet, auf welche er seine Rotation übertragen kann. Die Antriebswelle 21 ist oberhalb des elektrischen Motors 20 mittels eines oberen Antriebswellenlagers 22 und unterhalb des elektrischen Motors 20 mittels eines unteren Antriebswellenlagers 23 gelagert. An ihrem unteren Ende weist die Antriebswelle 21 eine Wellenkupplung 24 auf.
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Im unteren Bereich des Schlagwerkgehäuses 11 befindet sich ein Unwucht-Schwingungserzeuger 3, welcher eine Unwuchtgewichtswelle 31 aufweist, die in ihrem oberen Bereich durch ein oberes Unwuchtgewichtslager 32 und in ihrem unteren Bereich durch ein unteres Unwuchtgewichtslager 33 gelagert ist. An ihrem oberen Ende ist die Unwuchtgewichtswelle 31 über die Wellenkupplung 24 mit der Antriebswelle 21 gekoppelt, so dass hierdurch die Rotation des elektrischen Motors 20 auf die Unwuchtgewichtswelle 31 übertragen werden kann. An der Unwuchtgewichtswelle 31 ist in der Darstellung der 1 links der Längsachse L ein Unwuchtgewicht 30 angeordnet.
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2 zeigt eine schematische Detailansicht eines erfindungsgemäßen Schmiermittelsystems 34–39 zur Schmierung eines Lagers 32, 33 einer Welle 31 eines Tiefenrüttlers 1. Es wird das untere Unwuchtgewichtslager 33 beispielhaft betrachtet. Oben in der Darstellung der 2 ist eine Schmiermittelquelle 34 in Form einer Fettkammer 34 angeordnet, die in Umfangsrichtung ringförmig geschlossen um die Unwuchtgewichtswelle 31 ausgebildet ist. In dieser Fettkammer 34 wird eine definierte Menge eines Schmiermittels 35 in Form eines technischen Fettes 35 bevorratet. Die Menge des Fettes 35 ist mindestens zur Durchführung eines Vorgangs eines Rüttelverfahrens ausreichend bemessen, so dass wenigstens ein Rüttelverfahren durchgeführt werden kann, ohne dass die Fettmenge der Fettkammer 35 vollständig verbraucht werden kann. Die Fettmenge kann zwischen den einzelnen Rüttelvorgängen wieder aufgefüllt werden.
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Die Unterseite der Fettkammer 34 weist eine Austrittsöffnung 34a auf, durch die das Fett 35 langsam und gleichmäßig dosiert aus der Fettkammer 34 nach unten austreten und in das untere Unwuchtgewichtslager 33 hineintropfen kann, wie durch den aus der Fettkammer 34 ausgetretenen Fetttropfen 36 dargestellt. Die Austrittsöffnung 34a ist dabei derart gestaltet, dass unter Berücksichtigung der Viskosität und der Betriebstemperatur des Fettes 35 die gewünschte Fettmenge fortlaufend als Fetttropfen 36 austreten kann. Diese Fetttropfen 36 treten dann durch das untere Unwuchtgewichtslager 33 hindurch und schmieren dieses bzw. dessen bewegliche Elemente wie z. B. Zylinderrollen.
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Um diese Art der Schmierung des unteren Unwuchtgewichtslagers 33 zu verbessern und ein Trockenlaufen mit höherer Wahrscheinlichkeit zu vermeiden, ist erfindungsgemäß unterhalb des Unwuchtgewichtslagers 33 ein Schmiermittelauffangelement 37 in Form eines Fettauffangtellers 37 angeordnet. Dieser ist im Wesentlichen als eine in Umfangsrichtung ringförmig um die Unwuchtgewichtswelle 31 geschlossene Fläche unterhalb des Unwuchtgewichtslagers 33 ausgebildet und weist einen radial äußeren Rand 38 auf. Der Fettauffangteller 37 ist dabei flach und platzsparend ausgebildet und möglichst direkt unterhalb des Unwuchtgewichtslagers 33 fest, d. h. nicht mit der Unwuchtgewichtswelle 31 mitrotierend, angeordnet.
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Der Fettauffangteller 37 dient dem Auffangen des Fettes 35, nachdem dieses durch das untere Unwuchtgewichtslager 33 hindurchgetreten ist, um dieses in das untere Unwuchtgewichtslager 33 zurückzustauen, damit das aufgefangene Fett 35 dieses von unten zusätzlich schmieren kann. Ferner wird hierdurch ermöglicht, dass das aufgestaute Fett 35 durch die rotierenden Lagerelemente wie z. B. dessen Zylinderrollen in das untere Unwuchtgewichtslager 33 hineingezogen wird, so dass es auch in Bereiche des unteren Unwuchtgewichtslagers 33 gelangen kann, mit denen es sonst nicht direkt in Kontakt stehen würde. Dies verbessert die Schmierung weiterhin.
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Durch die Viskosität des Fettes 35 kann es dazu kommen, dass die Rotation der Unwuchtgewichtswelle 31 über die mitrotierenden Elemente des unteren Unwuchtgewichtslagers 33 auf das Fett 35 übertragen werden kann, so dass dieses eine Zentrifugalkraft erfährt und radial nach außen gedrückt wird. Daher dient der radial äußere Rand 38 dazu, dieses radial nach außen verlagerte aufgestaute Fett 35 zu halten und es an dem radial äußeren Rand 38 hoch und in das untere Unwuchtgewichtslager 33 hinein zu befördern.
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Radial innenseitig zur Unwuchtgewichtswelle 31 hin ist ein Durchlass 39 im Fettauffangteller 37 in Form eines in Umfangsrichtung ringförmig verlaufenden Spalts 39 vorgesehen, der eine radiale Lücke 39 zur Unwuchtgewichtswelle 31 bildet. Durch diesen Spalt 39 kann überschüssiges Fett 35 weiter nach unten in den Schlagwerksraum tropfen, um nicht zu viel Fett 35 in das untere Unwuchtgewichtslager 33 zurück zu stauen. Dies könnte die Lagereigenschaften negativ beeinflussen und z. B. den Reibwiderstand erhöhen, weil die Rotation der Lagerelemente wie z. B. Zylinderrollen gegen die Viskosität des Schmiermittels erfolgen müsste.
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Dabei ist der Spalt 39 dem Rand 38 radial gegenüberliegend angeordnet, damit ausreichend Fett 35 über die Zentrifugalkraft am äußeren radialen Rand 38 in das untere Unwuchtgewichtslager 33 hochgestaut werden kann und erst hierüber hinausgehende Fettmengen durch den Spalt 39 nach unten abgeführt werden. Diese nach unten heraustropfende Fettmenge lässt sich seinerseits z. B. durch die radiale Breite des Spaltes 39 beeinflussen, so dass durch die Höhe des radial äußeren Rands 38 sowie die Position und Breite des radial inneren Spalts 39 die Schmierung des unteren Unwuchtgewichtslagers 33 durch das aufgefangene Fett 35 beeinflusst werden kann. Hierdurch kann die Schmierung des unteren Unwuchtgewichtslagers 33 verbessert und ein Trockenlaufen besser verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- H
- Höhe des Tiefenrüttlers 1
- L
- Längsachse bzw. Rotationsachse des Tiefenrüttlers 1
- R
- Radius bzw. radiale Richtung senkrecht zur Längsachse L
- 1
- (rohrförmiger, zylindrischer) Tiefenrüttler
- 10
- Rüttlergehäuse
- 11
- zylindrischer Gehäuseteil, Schlagwerkgehäuse
- 12
- Gehäusespitze, Rüttlerspitze
- 2
- Antriebseinheit
- 20
- (elektrischer) Motor
- 21
- Antriebswelle
- 22
- oberes Antriebswellenlager
- 23
- unteres Antriebswellenlager
- 24
- Wellenkupplung
- 3
- Unwucht-Schwingungserzeuger
- 30
- Unwuchtgewicht
- 31
- Unwuchtgewichtswelle
- 32
- oberes Unwuchtgewichtslager
- 33
- unteres Unwuchtgewichtslager
- 34
- Schmiermittelquelle bzw. Fettkammer
- 34a
- Austrittsöffnung der Schmiermittelquelle 34
- 35
- Schmiermittel bzw. technisches Fett
- 36
- aus Schmiermittelquelle 34 ausgetretenes Schmiermittel 35 bzw. Fetttropfen
- 37
- Schmiermittelauffangelement bzw. Fettauffangteller
- 38
- radial äußerer Rand des Schmiermittelauffangelements 37
- 39
- (radial innerer) Durchlass bzw. Spalt des Schmiermittelauffangelements 37