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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle, mit einem ersten und einem zweiten Radialwälzlager sowie einem Axialwälzlager. Die Welle ist über die beiden Radialwälzlager drehbar aufgenommen und über das Axialwälzlager axial abgestützt. Die Wälzlageranordnung umfasst ferner ein Federelement, mittels welchem das Axialwälzlager axial vorgespannt ist.
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Eine derartige Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle, insbesondere umfassend eine Kombination aus Radial- und Axiallagern sowie einer Wellenlagerung mit einem in die Wälzlageranordnung integrierten Federelement, ist bereits in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 054 750 A1 der gleichen Anmelderin offenbart.
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Mittels dieser Wälzlageranordnung ist zwar bereits sichergestellt, dass eine unverlierbare kompakte Baueinheit gebildet ist, die sich ohne Zerfallen in ihre Einzelteile an den Endkunden liefern lässt, sich jedoch aber nachteiligerweise die Endmontage der Wälzlageranordnung beim Endkunden aufwendig gestaltet. Hier ist insbesondere die Montage des Axialwälzlagers samt Federelement auf die Welle aufwendig, da diverse Bauteile, wie Klemmringe, Halteringe etc., benötigt werden, um eine axiale Abstützung des Axialwälzlagers sowie eine gleichzeitige Vorspannung des Federelements zu erreichen.
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Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik, liegt der gegenwärtigen Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle zu schaffen, die einerseits weniger Bauteile benötigt und andererseits durch die verminderte Anzahl von Bauteilen eine schnellere und einfachere Montage beim Endkunden ermöglicht und dadurch Montagekosten verringert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle umfasst ein erstes und ein zweites Radialwälzlager sowie ein Axialwälzlager. Dabei ist die Welle über die beiden Radialwälzlager drehbar aufgenommen und über das Axialwälzlager axial abgestützt. Das Axialwälzlager ist mittels eines Federelements axial vorgespannt. Die beiden Radialwälzlager sowie das Axialwälzlager sind bei der Erfindung vorzugsweise Nadellager. Neben Nadellagern für die beiden Radialwälzlager und/oder für das Axialwälzlager sind auch andere Lagertypen, wie beispielsweise Kugellager, denkbar. Findet die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung in einer Lenkwelle in einem Lenkrohr eines Fahrzeugs Anwendung, so ist aus der obig genannten Anmeldung der gleichen Anmelderin bekannt, dass das vorgespannte Axialwälzlager einerseits das Reibmoment in der Wälzlageanordnung erhöht und dadurch den Geradesauslauf des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten verbessert. Anderseits wird durch das erhöhte Reibmoment des Axialwälzlagers aber nicht die Vorspannung der gesamten Wälzlageranordnung unzulässig erhöht, so dass diese nicht zu hoch beansprucht werden, d. h. ihre Lebensdauer wird nicht beeinträchtigt.
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Erfindungsgemäß liegt an einer Stirnfläche der Welle das Axialwälzlager an. Gleichzeitig drückt dadurch erfindungsgemäß das Federelement auf das Axialwälzlager.
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In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ist die Stirnfläche der Welle durch ein freies Wellenende der Welle gebildet.
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In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ist die Stirnfläche der Welle durch eine radiale Abstufung der Welle ausgebildet, die durch eine radiale Verjüngung der Welle gebildet ist. Auf der radialen Verjüngung stützt sich folglich das Axialwälzlager ab.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Radialwälzlager und das Axialwälzlager in einer Ummantelung sitzen, wobei die Ummantelung ein erstes radial abgewinkeltes Ende und ein zweites radial abgewinkeltes Ende ausgebildet hat und das erste Radialwälzlager und das Axialwälzlager zumindest teilweise umschließt.
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Das erste Radialwälzlager, wie einleitend beschrieben, ist vorzugsweise ein Nadellager. So sieht eine Ausführungsform vor, dass das Nadellager als Nadelkranz ausgeführt ist – sprich eine Mehrzahl von Wälzköpern des ersten Radialwälzlagers rollen direkt auf der Welle und der Ummantelung ab. In einer alternativen Ausführungsform ist das Nadellager als eine Nadelhülse ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform rollen somit die Wälzkörper direkt auf dem Mantel der Welle ab. Das Nadellager hat einen Außenring, so dass die Wälzkörper auf der Lauffläche des Außenrings abrollen.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung sieht vor, dass die Ummantelung mindestens einen ersten radialen Absatz ausgebildet hat, der das erste Radialwälzlager zwischen dem ersten radial abgewinkelten Ende und Absatz in Position zur Welle hält. Somit ist durch den mindestens einen ersten Absatz in der Ummantelung ein unverrückbarer Halt des ersten Radialwälzlagers auf der Welle gewährleistet. Die bisher im Stand der Technik benötigten Bauteile, wie Klemmringe oder dergleichen, sind somit für eine sichere Abstützung des ersten Radialwälzlagers auf der Welle nicht mehr nötig.
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Eine weiterführende Ausführungsform der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Ummantelung sieht vor, dass die Hülse einen dem zweiten radial abgewinkelten Ende vorgeordneten zylindrischen Flächenabschnitt ausgeformt hat, der das Axialwälzlager in Position zur radialen Abstufung und zur Verjüngung der Welle hält. Somit ermöglicht auch hier die Ummantelung durch die Ausbildung des zylindrischen Flächenabschnitts vor dem zweiten radial abgewinkelten Ende der Hülse, dass ein unverrückbarer Halt des ersten Radialwälzlagers auf der Welle gewährleistet ist. Analog zur vorherigen Ausführungsform kann bei der Erfindung somit auch durch diese Ausführungsform an Bauteilen, die im Stand der Technik das Axialwälzlager auf der Welle sicher abstützten, eingespart werden.
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Zur Anordnung bzw. Anbringung des Federelements in der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung stehen zwei verschiedene Ausführungsformen zur Verfügung. In einer Ausführungsform umgibt die Ummantelung das Federelement derart, dass dieses zwischen dem Axialwälzlager und dem zweiten radial abgewinkelten Ende der Ummantelung eingespannt ist. In einer alternativen Ausführungsform hält das zweite radial abgewinkelten Ende der Ummantelung das Axialwälzlager in Position zur radialen Abstufung und zur Verjüngung der Welle, wobei das zweite radial abgewinkelte Ende ein Verbindungselement ausgebildet hat, mittels welchem das Federelement auf einer Außenseite der Ummantelung verbunden ist. Die Ummantelung ist in dieser Ausführungsform folglich eine Hülse, wobei aber auch weitere Ausführungsformen ohne Verbindungselement eine Hülse als Ummantelung vorsehen. So ist denkbar, dass das Verbindungselement der Hülse beispielsweise eine radial umlaufende Haltenase ist, in die das Federelement eingebracht ist. Ebenso können mehrere einzelne Haltenasen radial verteilt angeordnet sein, die das Federelement am zweiten radial abgewinkelten Ende der Hülse haltern. Mittels beider Ausführungsformen ist das Federelement ohne weitere Befestigungsbauteile in der Wälzlageranordnung angeordnet bzw. angebracht. Mögliche Federtypen sind beispielsweise Spiralfedern, Wellfedern, Tellerfedern, etc., die bei der Erfindung Anwendung finden. Anstelle der Hülse als Ummantelung, sieht eine alternative Ausführungsform vor, dass die Ummantelung eine Buchse ist. Bei dieser Ausführungsform sind nicht nur das erste Radialwälzlager und das Axialwälzlager vollständig von der Buchse umschlossen, sondern auch das Federelement.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Axialwälzlager zwei Lagerscheiben zugeordnet sind, welche für eine Mehrzahl von Wälzkörpern des Axialwälzlagers als Laufbahnen dienen. Die zwei Lagerscheiben finden vor allem dann bei der Erfindung Anwendung, wenn das Axialwälzlager als ein Wälzlagerkranz, wie beispielsweise ein Nadelkranz, ausgeführt ist.
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Eine weiterführende Ausführungsform der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Lagerscheiben sieht vor, dass ein Durchmesser der beiden Lagerscheiben derart gewählt ist, dass ein Abgleiten des ersten Radialwälzlagers am Axialwälzlager vorbei verhindert ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ist vorgesehen, dass eine innere Wandung der Ummantelung, sowohl bei einer Hülse als auch bei einer Buchse als Ummantelung, als Laufbahn für eine Mehrzahl von Wälzkörpern des ersten Radialwälzlagers ausgebildet ist. Die innere Wandung der Ummantelung dient insbesondere dann als Laufbahn für die Mehrzahl von Wälzkörpern des ersten Radialwälzlagers, wenn das erste Radialwälzlager als ein Wälzlagerkranz ausgeführt ist.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigt:
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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3 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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4 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in der Figur dargestellt, die für die Beschreibung der Figuren erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung einer Welle ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung 1 zur Lagerung einer Welle 3 gemäß einer ersten Ausführungsform, umfassend ein erstes Radialwälzlager 5 und ein zweites Radialwälzlager 7 sowie ein Axialwälzlager 9. Dabei ist die Welle 3 über die beiden Radialwälzlager 5, 7 drehbar aufgenommen und über das Axialwälzlager 9 axial abgestützt. Das Axialwälzlager 9 ist mittels einem Federelement 11 axial vorgespannt.
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Erfindungsgemäß liegt an einer Stirnfläche 2 der Welle 3 das Axialwälzlager 9 an, wobei dabei gleichzeitig das Federelement 11 auf das Axialwälzlager 9 drückt. Insbesondere ist die Abstufung 13 der Welle 3 hier durch eine Verjüngung 15 der Welle 3 gebildet. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Stirnfläche 2 der Welle 3 durch eine radiale Abstufung 13 der Welle 3 ausgebildet, die durch eine radiale Verjüngung 15 der Welle 3 gebildet ist, auf welcher sich das Axialwälzlager 9 abstützt.
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Wie in 1 dargestellt, sitzen das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 in einer Ummantelung 17, die in dieser Ausführungsform eine Hülse 17 ist. Alternative Ausführungsformen, wie in 4 dargestellt, sehen eine Buchse 17 als Ummantelung vor. Die Hülse 17 in 1 hat ein erstes radial abgewinkeltes Ende 19 und eine zweites radial abgewinkeltes Ende 21 ausgebildet. In der hier dargestellten Ausführungsform umschließt die Hülse 17 das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 komplett. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hülse 17 das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 nur teilweise umschließt. Diese Ausführungsform ist detaillierter zu 2 beschrieben.
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Beide Radialwälzlager 5, 7 sowie das Axialwälzlager 9 sind in der hier dargestellten Ausführungsform Nadellager. Das erste Radialwälzlager 5 ist hier als Nadelhülse ausgeführt und umfasst somit ferner einen Außenring 45, so dass eine Mehrzahl von Wälzkörpern 43 des ersten Radialwälzlagers 5 zum einen auf einer Laufbahn 41 des Außenrings 45 und zum anderen auf einem Mantel der Welle 3 abrollen. Ist das Axialwälzlagers 9 als ein Nadelkranz ausgeführt, so sind dem Axialwälzlager 9, wie hier dargestellt, zwei Lagerscheiben 31 zugeordnet, welche für eine Mehrzahl von Wälzkörpern 33 des Axialwälzlagers 9 als Laufbahnen 35 dienen. Insbesondere ist dann ein Durchmesser 37 der beiden Lagerscheiben 31 derart gewählt ist, dass ein Abgleiten des ersten Radialwälzlagers 5 am Axialwälzlager 9 vorbei verhindert ist.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, hat die Hülse 17 einen ersten radialen Absatz 23 ausgebildet hat, der das erste Radialwälzlager 5 zwischen dem ersten radial abgewinkelten Ende 19 und Absatz 23 in Position zur Welle 3 hält. Durch den ersten Absatz 23 in der Hülse 17 ist ein unverrückbarer Halt des ersten Radialwälzlagers 5 – ohne Montage von weiteren, zusätzlichen Bauteilen – auf der Welle 3 gewährleistet. Andere Ausführungsformen können auch mehr als nur den ersten radialen Absatz 23 in der Hülse bzw. in einer Buchse als Ummantelung 17 aufweisen. Diese Ausführungsform ist dann detaillierter in 3 beschrieben.
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Um das Axialwälzlager 9 – ohne Montage von weiteren, zusätzlichen Bauteilen – unverrückbar auf die Welle 3 bzw. auf der Verjüngung 15 der Welle 3 anzuordnen, hat die Hülse 17 einen dem zweiten radial abgewinkelten Ende 21 vorgeordneten zylindrischen Flächenabschnitt 25 ausgeformt, der das Axialwälzlager 9 in Position zur radialen Abstufung 13 und zur Verjüngung 15 der Welle 3 hält.
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Wie in 1 ebenfalls zweifelsfrei erkennbar, umgibt die Hülse 17 das Federelement 11 in der hier dargestellten Ausführungsform derart, dass dieses zwischen dem Axialwälzlager 9 und dem zweiten radial abgewinkelten Ende 21 der Hülse 17 eingespannt ist. Auch hier sind keine weiteren Befestigungsbauteile nötig.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung 1 zur Lagerung einer Welle 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auf eine erneute Beschreibung identischer Merkmale in Bezug auf die in 1 dargestellte Ausführungsform ist nachfolgend verzichtet worden.
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Zwar ist das in 2 dargestellte erste Radialwälzlager 5 auch als ein Nadellager ausgeführt. Das Nadellager ist in dieser Ausführungsform jedoch als Nadelkranz ausgeführt, so dass die Mehrzahl der Wälzköper 43 des ersten Radialwälzlagers 5 direkt auf der Welle 3 und der Hülse 17 als Ummantelung abrollen. D. h. eine innere Wandung 39 der Hülse 17 ist als Laufbahn 41 für die Mehrzahl der Wälzkörper 43 des ersten Radialwälzlagers 5 ausgebildet.
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Die Hülse 17 in der in 1 dargestellten Ausführungsform, umschließt das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 komplett. Wie in 2 eindeutig erkennbar, umschließt hier die Hülse 17 das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 nur teilweise, da das zweite zweite radial abgewinkelten Ende 21 der Hülse 17 nicht das gesamte Axialwälzlager 9 umschließt. Zwar hält auch hier das zweite radial abgewinkelten Ende 21 der Hülse 17 das Axialwälzlager 9 in Position zur radialen Abstufung 13 und zur Verjüngung 15 der Welle 3, jedoch hat das zweite radial abgewinkelte Ende 21 ein Verbindungselement 27 ausgebildet hat, mittels welchem das Federelement 11 auf einer Außenseite 29 der Hülse 17 verbunden ist. Das Verbindungselement 27 ist hier als eine radial umlaufende Haltenase dargestellt, wobei aber auch andere Ausgestaltungen des Verbindungselements 27 zur Verbindung des Federelements 11 mit der Hülse 17 denkbar sind.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung 1 zur Lagerung einer Welle 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auf eine erneute Beschreibung identischer Ausführungsformen mit den 1 und 2 ist auch hier der Einfachheit halber nachfolgend verzichtet worden.
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Die beiden Radialwälzlager 5, 7 sowie das Axialwälzlager 9 sind in dieser Ausführungsform der Wälzlageranordnung 1 Kugellager. Das Kugellager des ersten Radialwälzlagers 5 weist neben einen Außenring 45 auch einen Innenring 47 auf, zwischen welchen sich die Mehrzahl der Wälzkörper 41 abrollen. Das Axialwälzlager 9 als Kugellager hat, wie auch in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen in 1 und 2 als Nadellager, zwei Lagerscheiben 31 zugeordnet, welche für die Mehrzahl der Wälzkörper 33 des Axialwälzlagers 9 als Laufbahnen 35 dienen.
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Die Ummantelung 17 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls eine Hülse. Die Hülse 17 in 3 umschließt auch wieder komplett das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9. Die Hülse 17 hat aber neben einen ersten radialen Absatz 23, der das erste Radialwälzlager 5 zwischen dem ersten radial abgewinkelten Ende 19 und Absatz 23 in Position zur Welle 3 hält, auch einen zweiten radialen Absatz 24 ausgebildet. Der zweite radiale Absatz 24 ist derart in der Hülse 17 ausgebildet, um mittig auf das Axialwälzlager 9 – Kugellager – zu wirken, so dass Axialwälzlager 9 mittels dem zweiten radialen Absatz 24 in Position zur Verjüngung 15 der Welle 3 haltbar ist.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung 1 zur Lagerung einer Welle 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auf eine erneute Beschreibung identischer Ausführungsformen mit den 1 bis 3 ist auch hier der Einfachheit halber nachfolgend verzichtet worden.
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Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen der 1 bis 3, in denen die Stirnfläche 2 durch eine radiale Abstufung 13 der Welle 3 ausgebildet ist, ist die Stirnfläche 2 der Welle 3 hier durch ein freies Wellenende 4 der Welle 3 gebildet, an der das Axialwälzlager 9 anliegt. Zudem sieht diese Ausführungsform eine Buchse als Ummantelung 17 vor, anstelle der Hülse 17 zu den vorherigen 1 bis 3. Die Buchse 17 umschließt somit nicht nur komplett das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9, sondern ebenfalls komplett das Federelement 11 sowie die Welle 3 bzw. das Wellenende 4.
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Wie in 1 dargestellt, sind auch in 3, das erste Radialwälzlager 5 und das Axialwälzlager 9 als Nadellager ausgeführt. Insbesondere ist das erste Radialwälzlager 5 hier auch als Nadelhülse ausgeführt, wobei aber im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform, das Axialwälzlager 9 hier nur eine Lagerscheibe 31 aufweist. Zum einen rollen somit die Mehrzahl von Wälzkörpern 33 auf einer Laufbahn 35 des Lagerscheibe 31 und zum anderen auf der Welle 3 bzw. dem Wellenende 4 ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Stirnfläche
- 3
- Welle
- 4
- freies Wellenende
- 5
- erstes Radialwälzlager
- 7
- zweites Radialwälzlager
- 9
- Axialwälzlager
- 11
- Federelement
- 13
- radiale Abstufung
- 15
- Verjüngung
- 17
- Ummantelung (Hülse oder Buchse)
- 19
- erstes radial abgewinkeltes Ende
- 21
- zweites radial abgewinkeltes Ende
- 23
- erster radialer Absatz
- 24
- zweiter radialer Absatz
- 25
- zylindrischen Flächenabschnitt
- 27
- Verbindungselement
- 29
- Außenseite
- 31
- Lagerscheibe
- 33
- Wälzkörper des Axialwälzlagers
- 35
- Laufbahn für Wälzkörper des Axialwälzlagers
- 37
- Durchmesser
- 39
- innere Wandung
- 41
- Laufbahn für Wälzkörper des ersten Radialwälzlagers
- 43
- Wälzkörper des ersten Radialwälzlagers
- 45
- Außenring
- 47
- Innenring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005054750 A1 [0002]
