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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, welches als ein mindestens einreihiges Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager oder Pendelkugellager ausgebildet ist, mit einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, welche auf Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings abrollen, wobei die Wälzkörper jeweils in einer Tasche eines segmentierten Käfigs aufgenommen sowie durch diesen geführt sind, und bei dem der Käfig zwei kreisförmig angeordnete Seitenführungen aufweist, welche jeweils eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Wälzlagers aneinander gereihte plattenförmige Seitenführungselemente aufweisen.
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Zylinderrollen- und Kegelrollenlager sind in einer großen Variationsbreite bekannt. Aktuell kommen insbesondere bei großen Kegelrollenlagern Bolzenkäfige, einstückige Fensterkäfige aus Metall sowie segmentierte Kunststoffkäfige zum Einsatz, die allesamt einen Bord- oder Wälzkörperkontakt zur Führung nutzen. Einstückige, massive Fensterkäfige aus Metall verursachen im Allgemeinen einen erhöhten Fertigungsaufwand, wohingegen segmentierte Kunststoffkäfige vielfach an mechanische Belastbarkeitsgrenzen stoßen. Darüber hinaus erfordern segmentierte Käfige in der Regel einen erhöhten Montageaufwand.
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Aus der
US 8 790 019 B2 ist ein Wälzlager bekannt, welches einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen eine Vielzahl von in einem segmentierten Käfig geführte, geringfügig kegelförmige Wälzkörper abrollt. Der Innenring verfügt über zwei Führungsborde, während der Außenring bordfrei ist. Der Käfig ist aus umfangsbezogen aneinander angeordneten Käfigsegmenten gebildet, die jeweils vier Taschen zur Aufnahme von vier Wälzkörpern aufweisen. Jedes dieser Käfigsegmente verfügt über zwei kreisbogenförmige, axial zueinander beabstandete Seitenteile, zwischen denen fünf umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandete Stege verlaufen. An jedem Seitenteil ist im Bereich eines jedes Steges ein radial einwärts gerichtetes Hakenelement ausgebildet. Ferner ist in jede Stirnseite des Innenrings eine umlaufende Ringnut eingebracht. Die Hakenelemente an jedem Seitenteil des Käfigsegments greifen jeweils in die radial darunter verlaufende Ringnut des Innenrings ein. Hierdurch wird ein Abfallen der Wälzkörper vom Innenring bei der Montage des Wälzlagers vermieden. Von Nachteil ist unter anderem die aufwendige Fertigung aufgrund der komplexen dreidimensionalen Geometrie der einzelnen, einstückigen Käfigsegmente des vorbekannten Wälzkörperkäfigs.
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Außerdem ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2015 203 557 A1 ein segmentierter Wälzlagerkäfig bekannt, der zwei kreisförmige Seitenführungen aufweist, welche jeweils aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Wälzlagers aneinander gereihte plattenförmige Seitenführungselemente gebildet sind. Axial gegenüber angeordnete Seitenführungselemente der beiden Seitenführungen sind über jeweils einen Steg miteinander verbunden, welcher Anlaufflächen zum Anlaufen der zugeordneten Wälzkörper aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einem segmentierten Käfig zur Führung von Wälzkörper vorzustellen, welches kostengünstig herstellbar sowie weitgehend ohne zusätzliche Hilfsmittel oder sogar werkzeugfrei montierbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Wälzlager erreicht, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem Wälzlager, welches als ein mindestens einreihiges Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager oder Pendelkugellager ausgebildet ist, mit einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, welche auf Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings abrollen, wobei die Wälzkörper jeweils in einer Tasche eines segmentierten Käfigs aufgenommen sowie durch diesen geführt sind, und bei dem der Käfig zwei kreisförmig angeordnete Seitenführungen aufweist, welche jeweils eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Wälzlagers aneinander gereihte plattenförmige Seitenführungselemente aufweisen.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei diesem Wälzlager zusätzlich vorgesehen, dass der Innenring oder der Außenring an deren Laufbahnseite zwei Ringnuten aufweisen, dass die beiden Ringnuten die jeweilige Laufbahn axial beidseitig begrenzen, dass die Seitenführungselemente jeweils einen Fußabschnitt aufweisen, und dass die jeweiligen Fußabschnitte der Seitenführungselemente spielbehaftet in den jeweils zugeordneten Ringnuten des Innenrings oder Außenrings angeordnet und von diesen geführt sind.
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Hierdurch ist im Vergleich zu einem Wälzlager mit einem einstückigen Wälzkörperkäfig aus Metall oder Kunststoff eine bedeutend einfachere Herstellung gegeben. Der keine Ringnuten für die Seitenführungselemente aufweisende Lagerring kann gegebenenfalls einseitig oder beidseitig mit einem Bord zur axialen Führung der Wälzkörper ausgestattet sein.
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Die beschriebene Konstruktion des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist besonders gut zur Herstellung von sehr großen Wälzlagern geeignet. Als ein Wälzlager mit großen Abmessungen wird im Kontext dieser Beschreibung ein Wälzlager mit einem Außendurchmesser des Außenrings von mehr als 0,3 m verstanden.
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Optional können zwischen den Seitenführungselementen Distanzstücke beziehungsweise Abstandshalter angeordnet sein, also zum Beispiel in die Ringnuten in dem jeweiligen Lagerring eingelegt sein, um die Entstehung eines Teilkreisendspiels zu minimieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagers kann vorgesehen sein, dass die plattenförmigen Seitenführungselemente neben dem genannten Fußabschnitt einen Grundkörper sowie einen Kopfabschnitt aufweisen. Der Fußabschnitt ist eingebaut im Wälzlager radial innen angeordnet, an den sich nach radial außen der Grundabschnitt und der Kopfabschnitt nacheinander anschließen. Am Kopfabschnitt ist jeweils ein stummelförmiger sowie senkrecht zum Grundkörper verlaufender Vorsprung ausgebildet. Diese Vorsprünge erstrecken sich im eingebauten Zustand der Seitenführungselemente demnach in der Axialrichtung des Wälzlagers.
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Die stummelartigen, eine kurze axiale Baulänge aufweisenden axialen Vorsprünge übernehmen diejenige Funktion, welche bei konventionellen Wälzkörperkäfigen die die beiden einstückigen, ringförmigen Seitenteile verbindenden Stege des Wälzkörperkäfigs wahrnehmen. Die Vorsprünge können bei der kostengünstigsten Ausführungsform als zylindrische Zapfen ausgeführt sein. Bevorzugt weist ein jeder dieser Vorsprünge jedoch zwei spiegelbildlich zueinander konkav gekrümmte Anlaufflächen zur optimierten Führung der dort anlaufenden Wälzkörper auf.
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Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Taschen des Käfigs durch jeweils zwei einander zugewandte Vorsprünge von zwei axial gegenüber angeordneten Seitenführungselementen der ersten und der zweiten Seitenführung sowie von zwei weiteren einander zugewandten Vorsprüngen zweier in Umfangsrichtung des Käfigs unmittelbar benachbarter Seitenführungselemente der ersten und der zweiten Seitenführung begrenzt sind. Hierdurch ist eine zuverlässige umfangsseitige sowie axiale Führung der Wälzkörper gegeben.
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Bei einer weiteren technisch günstigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Wälzlagers sind die Fußabschnitte der Seitenführungselemente in der ersten und der zweiten Ringnut jeweils mittels einer hinterschnittenen Formschlussverbindung, beispielsweise mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, umfangsseitig frei verschiebbar sowie radial spielbehaftet aufgenommen.
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Infolgedessen können sich die Seitenführungselementessegmente leichtgängig sowie unabhängig zu dem Innenring bewegen und ermöglichen somit unter anderem das ungehinderte Abrollen der vom segmentierten Käfig geführten Wälzkörper auf der Lauffläche des Innenrings. Bevorzugt weisen die Fußabschnitte der Seitenführungselemente jeweils eine ungefähr trapezförmige Querschnittsgeometrie auf, die unter Berücksichtigung des notwendigen Spiels in eine invers zu dieser ausgeführte trapezförmige Querschnittsgeometrie der beiden Ringnuten einbringbar ist. Außerdem sind zum Beispiel zueinander inverse T-förmige, kreisförmige oder elliptische Hinterschneidungsgeometrien der Ringnuten und der Fußabschnitte möglich. Die Befüllung der Ringnuten des jeweiligen Lagerrings mit Seitenführungselementen bei der Montage des Wälzlagers erfolgt zum Beispiel mittels einer geeignet ausgebildeten und wieder verschließbaren Füllnut oder Füllöffnung im Lagerring.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dargestellt. In der Zeichnung zeigt
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1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers mit einem nutgeführten segmentierten Käfig zur Führung der Wälzkörper,
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2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Innenrings des Wälzlagers gemäß 1, und
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3 eine perspektivische Ansicht eines Seitenführungselements des segmentierten Käfigs gemäß 1.
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Das in 1 dargestellte Wälzlager 10 weist einen im Querschnitt im Wesentlichen V-förmigen Innenring 12 sowie einen zu diesem koaxial angeordneten und nur teilweise dargestellten Außenring 13 auf, zwischen denen kegelförmige, zylinderförmige oder tonnenförmige Wälzkörper 14, 16, 18, 20 angeordnet sind. Vorzugsweise ist das Wälzlager 10 hier als ein Kegelrollenlager ausgeführt. Der Innenring 12 sowie der Außenring 13 sind jeweils zentrisch zu einer Längsmittelachse 22 angeordnet. Die in dem Ausschnitt des Wälzlagers 10 gezeigten Wälzkörper 14, 16, 18, 20 rollen auf einer Wälzkörperlauffläche 24 des Innenrings 12 sowie einer entsprechend ausgebildeten Wälzkörperlauffläche 25 an dem Außenring 13 ab. Der Außenring 13 kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Wälzkörperlauffläche 25 gegebenenfalls einen nicht dargestellten Bord zur axialen Führung der Wälzkörper 14, 16, 18, 20 aufweisen.
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Axial beidseits der Wälzkörperlauffläche 24 des Innenrings 12 sind in diese eine erste Ringnut 26 und eine zweite Ringnut 28 eingebracht. Alternativ dazu können solche Ringnuten auch in nicht bezeichnete Stirnseiten oder nicht dargestellte Borde des Innenrings 12 eingebracht sein.
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Die Führung der Wälzkörper 14, 16, 18, 20 erfolgt mittels eines Käfigs 30, der eine erste und eine zweite Seitenführung 32, 34 aufweist, die parallel und axial zueinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Seitenführungen 32, 34 sind jeweils mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung des Innenrings 12 aneinander stoßenden Seitenführungselementen gebildet, von denen der besseren zeichnerischen Übersicht halber auf jeder Axialseite des Käfigs 30 lediglich zwei Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 stellvertretend für alle übrigen Seitenführungselemente mit Bezugsziffern versehen sind. Alle Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 sind mittels einer nicht durchgehend bezeichneten hinterschnittenen Formschlussverbindung 44 derart in den Ringnuten 26, 28 des Innenrings 12 aufgenommen, dass die Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 in Umfangsrichtung des Innenrings 12 frei in Bezug zu diesem verschiebbar angeordnet sind. In radialer Richtung sind die Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 durch die hinterschnittene Formschlussverbindung 44 jedoch hinreichend fixiert.
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Die Formschlussverbindungen 44 sind bevorzugt als eine an sich bekannte Schwalbenschwanzverbindung 46 ausgeführt. Zur Gewährleistung einer möglichst leichtgängigen umfangsbezogenen Verschiebbarkeit der Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 in den Ringnuten 26, 28 des Innenrings 12 ist die Formschlussverbindung 44 auf geeignete Art und Weise spielbehaftet ausgeführt. Zur Minimierung des umfangsseitigen Teilkreisspiels können zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Seitenführungselementen 36, 40; 38, 42 Distanzelemente, Abstandhalter oder dergleichen in den Ringnuten 26, 28 angeordnet sein.
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Die in Umfangsrichtung des Innenrings 12 zueinander unmittelbar benachbarten Seitenführungselemente 36, 40 der ersten Seitenführung 32 sowie die ihnen jeweils axial gegenüberliegenden Seitenführungselemente 38, 42 der zweiten Seitenführung 34 begrenzen eine Tasche 48 axial, die hier beispielhaft für alle anderen Taschen des Käfigs 30 mit einer Bezugsziffer versehen ist. Diese Tasche 48 nimmt den in 1 ganz links dargestellten Wälzkörper 14 in sch auf. Die axiale Führung dieses Wälzkörpers 14 erfolgt daher mittels der vier zugeordneten Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 der beiden Seitenführungen 32, 34. Die Führung des in Rede stehenden Wälzkörpers 14 in Umfangsrichtung des Innenrings 12 beziehungsweise des Wälzlagers 10 erfolgt wie bei den anderen Wälzkörpern 16, 18, 20 mittels jeweils an den Seitenführungselementen 36, 38, 40, 42 ausgebildeten stummelartigen axialen Vorsprüngen 50, 52. In 1 sind lediglich diejenigen Vorsprünge 50, 52 mit Bezugsziffern versehen, die an den in Blickrichtung hinten angeordneten Seitenführungselementen 38, 42 ausgebildet sind. Diese beiden Vorsprünge 50, 52 an den Seitenführungselementen 38, 42 sowie die beiden verdeckten Vorsprünge der beiden in Blickrichtung vorderen Seitenführungselemente 36, 40 der ersten Seitenführung 32 sind jeweils einander zugewandt ausgerichtet. Entsprechendes gilt für die übrigen durch die weiteren Seitenführungselemente des Käfigs 30 axial begrenzten Taschen und Wälzkörper 16, 18, 20.
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Die jeweils axial gegenüberliegenden Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 sind abweichend von bekannten Ausführungsformen von Käfigen nicht mittels durchgehender Stege miteinander verbunden, sondern individuell und unabhängig voneinander in Umfangsrichtung des Käfigs 30 beziehungsweise des Wälzlagers 10 in Relation zum Innenring 12 verschiebbar angeordnet. Hierdurch wird ein Klemmen der Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 am Innenring 12 beziehungsweise am Außenring 13 vermieden, und es werden die durch den Käfig 30 hervorgerufenen Reibmomente reduziert, was einen besonders energieeffizienten Betrieb des Wälzlagers 10 ermöglicht. Darüber hinaus wird infolge der nicht vorhandenen Stege zusätzlich Raum zur Bevorratung eines Schmierstoffs im Wälzlager 10 bereitgestellt sowie das Käfiggewicht gering gehalten.
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2 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Innenrings 12 des Wälzlagers 10 gemäß 1. Der Innenring 12 weist beispielhaft eine näherungsweise dreieckförmige Querschnittsgeometrie auf, er kann abweichend davon aber auch eine viereckige, insbesondere eine rechteckige Querschnittsgeometrie aufweisen.
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Axial beiderseits der Wälzkörperlauffläche 24 des Innenrings 12 sind die bereits beschriebenen radial einwärts gerichteten umlaufenden Ringnuten 26, 28 zur Aufnahme der Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 des Käfigs 30 ausgebildet. Die Ringnuten 26, 28 weisen hier beispielhaft eine annähernd trapezförmige Querschnittsgeometrie auf, die im Zusammenwirken mit hierzu invers trapezförmigen Fußabschnitten 64 der Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 jeweils eine Schwalbenschwanzverbindung bilden. Alternativ dazu kann auch der Außenring 13 des Wälzlagers 10 mit entsprechend ausgestalteten Ringnuten zur Aufnahme der Fußabschnitte 64 der Seitenführungselemente 36, 38, 40, 42 versehen sein.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Seitenführungselements 38 des segmentierten Käfigs 30 der 1. Das Seitenführungselement 38 verfügt über einen im Wesentlichen rechteckförmigen und plattenförmigen Grundkörper 60, an den sich radial außen ein bogenförmiger Kopfabschnitt 62 und radial innen ein Fußabschnitt 64 einstückig anschließt. Im Bereich des Kopfabschnitts 62 ist der erwähnte axiale Vorsprung 50 integral ausgebildet. Der Vorsprung 50 erstreckt sich senkrecht von einer Taschenseite 66 des Grundkörpers 60, während eine von der Taschenseite 66 abgewandte Rückseite 68 des Seitenführungselements 38 eben ausgebildet ist. Zur Führung der Wälzkörper 14 in Umfangsrichtung des Wälzlagers 10 verfügt der Vorsprung 50 hier beispielhaft über zwei spiegelbildlich zueinander ausgeführte konkave Anlaufflächen 70, 72. Alternativ dazu kann der Vorsprung 50 beispielsweise eine zapfenförmige beziehungsweise zylindrische Form aufweisen. Zur Ausbildung einer hinterschnittenen Formschlussverbindung 44 zwischen den Seitenführungselementen und dem Innenring 12 in Form einer Schwalbenschwanzverbindung weist der Fußabschnitt 64 des in 3 im Detail gezeigten Seitenführungselements 38 eine trapezförmige Querschnittsgeometrie 74 auf, die invers beziehungsweise komplementär zu der trapezförmigen Querschnittsgeometrie der Ringnuten 26, 28 des in 2 gezeigten Innenrings 12 ausgeführt ist.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager 10 mit dem nutgeführten segmentierten Käfig 30 ermöglicht eine kompakte Bauweise, die einen hohen Wälzkörperfüllgrad erlaubt. Weiterhin ist durch den neuartigen Käfig 30 zugleich eine Montagesicherung gegen ein unkontrolliertes Herausfallen von Wälzkörpern 14, 16, 18, 20 vom Innenring 12 sowie eine verbesserte Schmierstoffversorgung der Reibungskontakte zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig gegeben. Ferner können Borde am Außen- und/oder Innenring gegebenenfalls ersatzlos entfallen. Der Käfig 10 erlaubt zur Erhöhung der Tragzahl des Wälzlagers 10 ferner den Einsatz von Wälzkörpern 14, 16, 18, 20 mit einer signifikant erhöhten axialen Baulänge. Daneben ergibt sich eine Reduzierung der auftretenden Zwangskräfte und der Lagerreibung, was zu einer Steigerung der Energieeffizienz beim Betrieb des ganzen Wälzlagers beiträgt. Das Wälzlager lässt sich zudem aufgrund von groben Toleranzen und Vorteilen beim induktiven Randschichthärtungsprozess im Vergleich zu vorbekannten Lösungen kostengünstiger fertigen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wälzlager
- 12
- Innenring
- 13
- Außenring
- 14
- Wälzkörper
- 16
- Wälzkörper
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Wälzkörper
- 22
- Längsmittelachse
- 24
- Lauffläche am Innenring
- 26
- Erste Ringnut
- 28
- Zweite Ringnut
- 30
- Käfig
- 32
- Erste Seitenführung
- 34
- Zweite Seitenführung
- 36
- Seitenführungselement
- 38
- Seitenführungselement
- 40
- Seitenführungselement
- 42
- Seitenführungselement
- 44
- Formschlussverbindung
- 46
- Schwalbenschwanzverbindung
- 48
- Tasche
- 50
- Vorsprung am Seitenführungselement
- 52
- Vorsprung am Seitenführungselement
- 60
- Grundkörper des Seitenführungselements
- 62
- Kopfabschnitt des Seitenführungselements
- 64
- Fußabschnitt des Seitenführungselements
- 66
- Taschenseite des Seitenführungselements
- 68
- Rückseite des Seitenführungselements
- 70
- Erste Anlauffläche am Vorsprung
- 72
- Zweite Anlauffläche am Vorsprung
- 74
- Trapezförmige Querschnittsgeometrie des Fußabschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8790019 B2 [0003]
- DE 102015203557 A1 [0004]
