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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Axial-Radial-Wälzlager, umfassend einen Außenring und einen Innenring mit Radial- und Axiallaufbahnen, auf denen in separaten Reihen Radial- und Axialwälzkörper laufen.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Axial-Radial-Wälzlager dienen beispielsweise der Rund- oder Schwenktischlagerung oder kommen als Kippmomentenlager in Werkzeugmaschinen zum Einsatz, z. B. bei Rundtischen, Schwenktischen, Werkzeugkopflagern und ähnlichen Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Axial-, Radial- und Kippsteifigkeit ankommt.
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Eine bekannte Wälzlagerbauform, die beispielsweise als Rundtischlager zum Einsatz kommt, sieht eine Kombination aus einem Radiallager und zwei Axiallagern vor. Hierzu ist am geteilten Innenring eine Ausnehmung vorgesehen, in die der Außenring eingreift. Die beiden Axiallager befinden sich zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Innenringnut und des Außenrings, während das eine Radiallager zwischen dem Innenumfang des Außenrings und dem Außenumfang der Innenringnut angeordnet ist. Die Radialwälzkörper sind dabei in einer Führungsnut, die am Nutgrund der Innenringnut vorgesehen ist, aufgenommen und beidseits geführt. Das Radiallager liegt also radial gesehen weiter innen als die beiden Axiallager. Ein solches Wälzlager zeichnet sich durch eine sehr hohe axiale Belastbarkeit aus, vor allem lassen sich Kippmomente hierüber gut übertragen. Auch ist keine Temperaturabhängigkeit in Bezug auf die Lagervorspannung zu verzeichnen. Sind jedoch anwendungsbedingt hohe Radiallasten zu übertragen, wie beispielsweise bei einer Schwenkachslagerung der Fall, so ist das Wälzlager mit dem einen Radiallager mitunter bauartbedingt etwas unterdimensioniert.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Axial-Radial-Wälzlager anzugeben, das zur Übertragung hoher Axiallasten und hoher Kippmomente, aber auch zur Übertragung hoher Radiallasten geeignet ist.
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Beschreibung der Erfindun
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Axial-Radial-Wälzlager der eingangs genannten Art gemäß einer ersten Alternative erfindungsgemäß vorgesehen, dass am aus zwei Innenringhälften bestgehenden Innenring eine nach außen offene Radialnut vorgesehen ist, in die ein Radialvorsprung des Außenrings eingreift, wobei die einander gegenüberliegenden axialen Grenzflächen der Radialnut und des Radialvorsprungs die Axiallaufbahnen für zwei in der Radialnut des Innenrings aufgenommene Axialwälzkörperreihen bilden, und dass am Außenring beidseits des Radialvorsprungs jeweils eine radial nach innen offene Radialnut vorgesehen ist, wobei die einander gegenüberliegenden radialen Grenzflächen der Radialnuten und der radialen Außenseiten der Innenringhälften die Radiallaufbahnen für zwei in den Radialnuten des Außenrings aufgenommene Radialwälzkörperreihen bilden.
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Das erfindungsgemäße Axial-Radial-Wälzlager zeichnet sich durch eine Kombination von zwei Axiallagern und zwei Radiallagern aus, wobei die beiden Radaxiallager radial gesehen weiter innen liegen als die beiden Radiallager. Das heißt, dass, verglichen mit dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, der Radiallagerteil verdoppelt und radial nach außen verlegt ist. Dabei umgreifen quasi die beiden axial gesehen weiter voneinander beabstandeten Radiallager die beiden innenliegenden, axial gesehen enger zueinander positionierten Axiallager.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich durch eine extrem hohe Axial- und Radialbelastbarkeit aus. Durch die Anordnung der beiden Axialwälzkörperreihen in der Radialnut des Innenrings können hohe Axiallasten aufgenommen respektive übertragen werden. Die Anordnung der beiden Radialwälzkörperreihen ermöglicht darüber hinaus die Übertragung sehr hoher Radiallasten. Denn durch die Integration zweier Radiallagerteile ist ohne weiteres eine Verdoppelung der Tragfähigkeit und Radialsteifigkeit, verglichen mit dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, möglich. Dies gilt umso mehr, als durch die Anordnung der Radiallagerung am größtmöglichen Durchmesser des Innenrings, nämlich an seiner Außenumfangsseite, eine hohe Anzahl an Radialwälzkörpern in den beiden Wälzkörperreihen untergebracht werden kann, wodurch sich ein solches Axial-Radial-Wälzlager auch für den Einsatz als Schwenklager eignet. Durch die Anordnung respektive Abstützung der Radialwälzkörper auf den Außenumfangsflächen des Innenrings und damit auf den beiden die Innenringnut axial begrenzenden Ringabschnitten wird auch die Axial- und Kippsteifigkeit und damit die Gesamtsteifigkeit des Lagers verbessert. Denn die Einleitung von Axialkräften, die auch bei einer Kippmomentbelastung entstehen, wirken über die Axialwälzkörper auf die Axiallaufbahnen der Innenringe. Die die Innenringnut begrenzenden Abschnitte oder Schenkel würden konturbedingt unter dieser Last elastisch ausweichen und sich, wenngleich geringfügig, verformen. Die Anordnung der Radiallagerung genau an diesem „Verformungsbereich“ sowie die Vorspannung im Radiallagerteil verhindert diese Verformung wirkungsvoll und trägt damit erheblich zur Axial- und Kippsteifigkeit des Wälzlagers bei.
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Des Weiteren sind mit besonderem Vorteil für die Ausbildung der innenringseitigen Radiallaufbahnen keine besonderen Arbeitsschritte vorzunehmen, da die radiale Außenumfangsfläche des Innenrings ohnehin für eine genaue Ringbemaßung exakt zu bearbeiten ist. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, diese Flächen unmittelbar als Radiallaufbahnen zu nutzen.
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Gemäß einer gleichermaßen zweckmäßigen Alternativlösung ist bei einem Axial-Radial-Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am aus zwei Außenringhälften bestehenden Außenring eine nach außen offene Radialnut vorgesehen ist, in die ein Radialvorsprung des Innenrings eingreift, wobei die einander gegenüberliegenden axialen Grenzflächen der Radialnut und des Radialvorsprungs die Axiallaufbahnen für zwei in der Radialnut des Außenrings aufgenommene Axialwälzkörperreihen bilden, und dass am Außenring beidseits der Radialnut jeweils eine radial nach innen offene Radialnut vorgesehen ist, wobei die einander gegenüberliegenden radialen Grenzflächen der Radialnuten und der radialen Außenseiten des Innenrings die Radiallaufbahnen für zwei in den Radialnuten des Innenrings aufgenommene Radialwälzkörperreihen bilden. Dies quasi inverse Ausgestaltung sieht ebenfalls eine Verdoppelung der Radiallagerung beidseits der Axiallagerung zu, wobei dier der Radialvorsprung am einstückigen Innenring ausgebildet ist, während am zweiteiligen Außenring die Radialnut, in die der Radialvorsprung eingreift, vorgesehen ist. Die Axiallagerung ist zwischen dem Radialvorsprung und der Radialnut vorgesehen, während die beidseitigen Radiallagerungen auch hier zwischen dem jeweiligen Nutgrund der außenringseitigen Radialnuten und dem Außenumfang des Innenrings gegeben ist. Bezüglich der gegebenen Vorteile und Eigenschaften wird auf obige Ausführungen zur ersten Alternative verwiesen.
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Insgesamt bietet die erfindungsgemäße Wälzlagergeometrie in jeder der beschriebenen Ausführungsalternativen ein kombiniertes Axial-Radial-Wälzlager mit einer extrem hohen Gesamtsteifigkeit sowohl im Hinblick auf die Übertragung von Axialkräften als auch von Radialkräften sowie von Kippmomenten.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Axialwälzkörper beidseits an einem jeweiligen Bord der Innenringhälfte oder der Außenringhälfte und des Radialvorsprungs des Außenrings oder des Innenrings geführt sind. Das heißt, dass die Axialwälzkörper mit beidseitiger seitlicher Bordführung im Innen- und Außenring aufgenommen sind, anders als bei bisher bekannten Wälzlagern, bei denen die Axialwälzkörper nur einen einseitigen seitlichen Anlauf haben. Durch die beidseitige Bordführung ist beim erfindungsgemäßen Lager ein genau definierter Anlauf vorgegeben, was für einen reibungs- und verschleißarmen Lauf zweckmäßig ist. Dabei kann insbesondere der seitliche Anlauf am Bord des Radialvorsprungs des Außenrings bzw. Innenrings als Schrägbord ausgeführt sein, was einen besonders reibungsarmen Anlauf auch bei sehr hohen Grenzdrehzahlen ermöglicht.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Radialwälzkörper beidseits an jeweils einem Bord in der jeweiligen Radialnut des Außenrings geführt sind. Auch hier ist also eine beidseitige Bordführung realisiert, was für einen reibungs- und verschleißarmen Lauf zweckmäßig ist.
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Dabei können die Wälzkörper sowohl vollrollig für höchste Tragfähigkeit und Steifigkeit sein, alternativ können sie auch mit Blick auf eine möglichst geringe Reibung und höchste Drehzahlen käfiggeführt sein.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die am Außenring bzw. den Außenringhälften vorgesehenen Radialnuten über jeweils einen Radialbord begrenzt sind, der sich unter Bildung eines Dichtspalts bis zur radialen Außenseite der jeweiligen Innenringhälfte bzw. des einteiligen Innenrings erstreckt. Die seitlichen Borde oder „Wangen“, die die beiden die Radialwälzkörper aufnehmenden Radialnuten des Außenrings an den beiden Ringseiten begrenzen, sind erfindungsgemäß so dimensioniert, dass sie sich bis nahe an die radiale Außenseite der jeweiligen Innenringhälfte bzw. des Innenrings, auf der wie beschrieben die Radialwälzkörper abwälzen, erstrecken. Es bildet sich zwischen diesen Radialborden und den Innenringhälften bzw. dem einsteiligen Innenring jeweils ein eng definierter Dichtspalt. Da die Radiallaufbahnen am Außenring relativ tief im Ringinneren liegen, ergibt sich somit ein axial gesehen abgedichteter Bereich, in dem Schmiermittel ohne der Gefahr des Herausschleuderns aufgenommen ist. Das heißt, dass auf zusätzliche Dichtungsbauteile oder Dichtungsmaßnahmen verzichtet werden kann und das erfindungsgemäße Wälzlager folglich nur aus dem Außenring, den beiden Innenringteilen sowie den Wälzkörperreihen, bzw. den beiden Außenringhälften, dem Innenring und den Wälzkörperreihen besteht. Es ist weitgehend hermetisch abgeschlossen, kompakt und unempfindlich gegen äußere Einflüsse, insbesondere im Hinblick auf einen Schmierstoffaustritt.
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Um für eine gute Schmierung im Lagerbereich zu sorgen ist es ferner zweckmäßig, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, am Radialvorsprung des Außen- oder Innenrings zwischen den Axial- und Radiallaufbahnen eine umlaufende Schrägfläche vorgesehen ist, wobei im Bereich der Schrägflächen jeweils ein umlaufender Schmiermittelaufnahmeraum gebildet ist. Es wird also quasi im Übergang vom jeweiligen Radial- zum Axiallagerteil ein Schmiermittelaufnahmeraum gebildet, in dem Schmiermittel, üblicherweise ein Fett, aufgenommen wird respektive wo es sich ansammeln kann, und das sowohl der Schmierung des Axial- als auch des Radiallagerteils dient. Insbesondere in Verbindung mit den beiden Radialborden und dem hierüber gebildeten Dichtspalt zu dem ein- oder zweiteiligen Innenring ergibt sich somit ein geschlossenes, hinreichend dimensioniertes Schmiersystem.
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Beispielsweise bei einem Rundtischlager werden in der Regel der Außenring und der Innenring wechselseitig gegenüber an den jeweiligen Anbauteilen angeschraubt, das heißt, dass die Befestigungsschrauben des Außenrings von der einen Seite und die des Innenrings von der anderen Seite eingeschraubt sind. Es gibt aber auch Anwendungen mit gleichseitigen Verschraubungen. Um dies seitens des Außenrings zu ermöglichen sieht eine erste Ausgestaltungsalternative des einteiligen Außenrings oder des einteiligen Innenrings vor, dass der Außenring oder der Innenring äquidistant angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschraubgen aufweist, wobei an beiden Ringseiten jede zweite Bohrung mit einer Senkung versehen ist und die Senkungen der einen Seite um einen halben Teilungsabstand zu denen der anderen Seite versetzt sind. Bei dieser Ausgestaltung sind folglich zwei separate Bohrungsbilder realisiert, ein erstes an der einen Ringseite, ein zweites an der gegenüberliegenden Ringseite. Beide Bohrungsbilder sind identisch, jedoch quasi um eine halbe Teilung versetzt. Somit sind beidseits entsprechende Senkungen zur Aufnahme der Schraubenköpfe vorgesehen. Aufgrund der Identität der Bohrungsbilder ist es somit möglich, den Außenring bzw. den Innenring sowohl von der einen als auch von der anderen Seite anzuschrauben.
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Eine alternative Erfindungsausgestaltung sieht demgegenüber vor, dass der einteilige Außenring oder der einteilige Innenring äquidistante Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben aufweist, wobei jede Bohrung beidseits mit einer Senkung versehen ist. Das heißt, dass quasi nur ein Bohrungsbild realisiert ist, wobei die Bohrungen von beiden Seiten gesenkt sind. Dies reduziert die Anzahl der Bohrungen, verglichen mit der zuvor beschriebenen Ausgestaltung, auf die Hälfte, bietet aber gleichzeitig die Möglichkeit, den Außen- oder Innenring von beiden Seiten verschrauben zu können. Die dann immer gegebene, nicht benötigte Senkung, die zum Anschlussbauteil, in dessen Gewindebohrung die Befestigungsschraube eingeschraubt ist, offen ist, führt zu einer größeren Elastizität im Schraubenverbindungsbereich, die zur Optimierung der Schraubverbindung genutzt werden kann. Denn durch die Freistellung in der Gesamtklemmlänge über die Senkung wird die erhöhte Elastizität des Außenrings dazu genutzt, die Vorspannung der Schraube über alle Betriebszustände sicherzustellen, das heißt, dass sich eine Art „Dehnschraubeneffekt“ einstellt. Darüber hinaus kommt es bei einer Kombination einer hochfesten Schraube in einem weicheren Grundmaterial durch die hohe Schraubenvorspannkraft zu einem partiellen „Fließen“ am Anfang des Muttergewindes des Anschlussbauteils, also zu einem wenngleich geringen Materialaufwurf, der die Ebenheit der Anschraubfläche stört. Bei einem Lagertausch kann die nicht mehr gegebene plane Anlagefläche zu Ungenauigkeiten im Rahmen der Montage führen. Die gezielte Freistellung durch die Flachsenkung an dieser Seite vermeidet dies, da der Materialaufwurf in diesem Fall in die Senkung greift.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch der zweiteilige Innenring oder der zweiteilige Außenring so ausgestaltet sein, dass er sowohl von der einen als auch von der anderen Seite an dem Anschlussbauteil verschraubt werden kann. Um dies zu ermöglichen, ist gemäß einer ersten, den zweiteiligen Innen- oder Außenring betreffenden Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass an jeder Innenringhälfte oder Außenringhälfte äquidistant angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von beide Innenringhälften oder Außenringhälften durchgreifenden Befestigungsschrauben vorgesehen sind, wobei jeweils jede zweite Bohrung mit einer Senkung versehen ist. Auch hier sind die Innenring- oder Außenringhälften mit identischen Bohrungsbildern versehen, wobei sich eine reine Durchgangsbohrung und eine Durchgangsbohrung mit einer Senkung jeweils abwechseln. Dies ermöglicht eine beidseitige Montage respektive ein beidseitiges Einbringen der Befestigungsschrauben, da im Rahmen der Montage die beiden Innenring- oder Außenringhälften jeweils nur um eine halbe Teilung relativ zueinander zu verdrehen sind. Dann steht immer eine Bohrung mit Senkung einer reinen Durchgangsbohrung gegenüber, jeweils abwechselnd an der einen und an der anderen Seite. Damit ermöglicht es diese Ausgestaltung, auch im Hinblick auf das Bohrungsbild identische Ringhälften zu verwenden, so dass für unterschiedliche Anwendungsfälle keine unterschiedlichen Ringhälften vorzuhalten sind. Die jeweiligen Ringhälften sind somit als Gleichteile ausgeführt und werden zusammen bei der Verschraubung auf Block angezogen.
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Alternativ besteht auch die hier die Möglichkeit, dass jede Innenringhälfte oder Außenringhälfte jeweils äquidistant angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben aufweist, wobei jede Bohrung an der Außenseite der jeweiligen Innenringhälfte oder Außenringhälfte mit einer Senkung versehen ist. Wiederum sind identische Bohrungsbilder gegeben, die eine identische Auslegung der Ringhälften als Gleichteile ermöglicht. Jedoch stehen sich hier jeweils zwei Bohrungen mit jeweils einer Senkung gegenüber. Auch hier sind die bereits zur vergleichbaren Ausgestaltung des einteiligen Außen- oder Innenrings beschriebenen Vorteile im Hinblick auf die Nutzung dieser zusätzlichen Elastizität zur Optimierung der Schraubverbindung und zur Vermeidung etwaiger Schwierigkeiten aus einem partiellen Fließen am Anfang des Muttergewindes und einem etwaigen Materialaufwurf gegeben.
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Wie bereits beschrieben können die Axial- und Radialwälzkörperreihen jeweils in einem Käfig geführt sein, wobei die Käfige je nach Lagerauslegung respektive Anwendungsfall unterschiedlich konfiguriert sein können. Alternativ kann auch eine vollrollige Auslegung der Wälzkörperreihen vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager ist bevorzugt ein Rundtisch- oder ein Schwenktischlager, jedoch ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Lagers nicht auf diese beiden Lagertypen beschränkt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
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1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlagers in einer geschnittenen Teilansicht,
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2 eine Prinzipdarstellung des Bohrungsbilds des Außenrings gemäß einer ersten Erfindungsausgestaltung,
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3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2,
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4 eine Prinzipdarstellung eines ersten Montagebeispiels des Wälzlagers mit gleichem Anschlag der beiden Ringe,
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5 eine Prinzipdarstellung entsprechend 4 mit gegenseitigem Anschlag der beiden Ringe, wobei der Außenring an der anderen Seite befestigt ist,
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6 eine Prinzipdarstellung des Bohrungsbilds des Innenrings,
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7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII aus 6,
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8 eine Prinzipdarstellung eines Montagebeispiels mit gleichseitigem Anschlag der beiden Ringe,
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9 eine Prinzipdarstellung mit gegenseitigem Anschlag, wobei der Innenring auf der anderen Seite verschraubt ist,
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10 eine Prinzipdarstellung eines Montagebeispiels, wobei sämtliche Bohrungen des Außenrings mit beidseitigen Senkungen versehen sind,
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11 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung der Last- und Spannungsverteilung im Bereich der Radial- und Axiallager,
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12 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Lagerausführung mit käfiggeführten Wälzkörpern, und
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13 eine Prinzipdarstellung einer weiteren alternativen Lagerausführung mit einteiligem Innenring und zweiteiligem Außenring.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, umfassend einen Außenring 2 und einen Innenring 3 bestehend aus zwei vorzugsweise identisch ausgeführten Innenringhälften 3a und 3b. Der Außenring 2 weist einen Radialvorsprung 4 auf, der in eine nach außen offene Radialnut 5 des Innenrings 3 eingreift. Die einander gegenüberliegenden Grenzflächen des Radialvorsprungs 4 und der Radialnut 5 bilden jeweils Axiallaufbahnen 6, 7 für Axialwälzkörperreihen 8, die jeweils aus einer Mehrzahl von Axialwälzkörpern 9 bestehen, die im gezeigten Beispiel vollrollig, also nicht käfiggeführt sind.
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Die Axialwälzkörper 9 sind beidseits bordgeführt, wozu an jeder Innenringhälfte 3a, 3b im Nutbereich ein erster Bord 10 und am Radialvorsprung 4 ein zweiter Bord 11 ausgebildet ist, an denen die Axialwälzkörper 9 anlaufen.
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Die Innenringhälften 3a, 3b liegen im gezeigten Beispiel flächig aneinander. Zur Einstellung der Vorspannung in den beiden Axiallagern ist es denkbar, zwischen die beiden Innenringhälften 3a, 3b eine Distanzscheibe zu legen oder einen definierten Spalt vorzusehen, um ihren Abstand und damit die Breite der Radialnut 5 einstellen zu können.
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Am Außenring 2 sind, beidseits des Radialvorsprungs 4, zwei radial nach innen offene Radialnuten 12 ausgebildet, deren radiale Grenzfläche jeweils eine Radiallaufbahn 13 bilden, während die gegenüberliegende radialen Grenzflächen des Außenumfangs der Innenringhälften 3a, 3b die gegenüberliegenden Radiallaufbahnen 14 bilden, auf welchen Radiallaufbahnen 13, 14 Radialwälzkörperreihen 15, jeweils gebildet durch eine Mehrzahl von Radialwälzkörpern 16, die auch hier exemplarisch vollrollig, also nicht käfiggeführt sind, wälzen. Die Radialwälzkörper 16 sind auch hier beidseits bordgeführt, wozu im Bereich jeder Radialnut 12 zwei Borde 17 ausgebildet sind.
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Die Radialnuten 12 sind an den beiden Ringseiten über jeweils einen Radialbord 18 begrenzt, welcher Radialbord 18 sich bis nahe an die Außenseite 19 der jeweiligen Innenringhälften 3a, 3b zieht, so dass zwischen den gegenüberliegenden Radialflächen nur ein sehr schmaler Dichtspalt verbleibt. Die Außenumfangsfläche 19 des Innenrings 3 bildet gleichzeitig die Laufflächen 14 für die Radialwälzkörper 16.
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Wie 1 ferner zeigt, geht der Bereich der Radiallagerung in den Bereich der Axiallagerung über jeweilige am Außenring 2 ausgebildete Schrägflächen 38 über, so dass sich folglich in diesem Bereich ein entsprechend großer umlaufender Schmiermittelaufnahmeraum 39 ausgebildet. In diesem kann eine beachtliche Schmiermittelmenge eingebracht werden, wobei über die radial nach innen gezogenen Borde 18 in Verbindung mit dem gebildeten Dichtspalt sichergestellt ist, dass es zu keinem Schmiermittelabfluss kommt.
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Beim erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlager 1 sind ersichtlich zwei Axiallagerungen vorgesehen, sowie zwei Radiallagerungen, wobei die Radiallagerungen radial gesehen weiter außen liegen als die Axiallagerungen. Neben einer hohen Axialtragfähigkeit und -steifigkeit, resultierend aus den beiden Axiallagern, zeigt das Wälzlager 1 auch eine hohe Radialtragfähigkeit und -steifigkeit, resultierend aus den beiden hier vorgesehenen Radiallagern, die radial gesehen weiter außen liegen als die Axiallager und axial gesehen relativ weit voneinander beabstandet sind, so dass hierüber auch eine sehr gute Abstützung von Kippmomenten gegeben ist.
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Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Bohrungsbildes des einteiligen, symmetrischen und damit sehr gestaltsteifen Außenrings 2. Die Bohrungen dienen der Aufnahme von Befestigungsschrauben, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, um den Außenring 2 an einem Anbauteil fixieren zu können. Bei der gezeigten Ausgestaltung wechseln sich erste Bohrungen 20 und zweite Bohrungen 21 ab. Die ersten Bohrungen 20 sind an der einen Seite mit einer Senkung 22 versehen, während die zweiten Bohrungen 21 mit an der gegenüberliegenden Ringseite vorgesehenen Senkungen 23 versehen sind. Damit ergeben sich an beiden Seiten quasi identische Bohrungsbilder, die jeweils um eine halbe Teilung versetzt angeordnet sind. Dies wird aus 3 deutlich, die einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 zeigt. Während links die erste Bohrung 20 mit der hier an der Oberseite gezeigten Senkung 22 gezeigt ist, ist rechts die zweite Bohrung 21 mit an der Unterseite vorgesehener Senkung 23 gezeigt. Dies ermöglicht es, siehe die 4 und 5, den Außenring wahlweise „links“ oder „rechts“ anzuschrauben, also die Verbindungsschrauben 24 entweder von der rechten Seite her einzusetzen und in einem Anbauteil 25 zu verschrauben (4), oder von der linken Seite (in 5).
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Alternativ bestünde die Möglichkeit, anstelle dieser wechselseitigen Bohrungsanordnungen respektive der wechselweisen Senkungsausbildung nur einen „Bohrungssatz“ auszubilden, wobei jede Bohrung beidseits mit einer Senkung versehen ist, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Um auch am Innenring 3 eine Möglichkeit vorzusehen, ihn beidseits anschrauben zu können, gleichzeitig aber auch die Innenringhälften 3a, 3b identisch auszuführen, ist auch hier eine spezielle Bohrbildgeometrie vorgesehen, wie in den 6 und 7 gezeigt. Es sei angenommen, dass 6 eine Aufsicht auf die Innenringhälfte 3a zeigt. Die Ausführungen zur Innenringhälfte 3a gelten identisch zur Innenringhälfte 3b.
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Die Innenringhälfte 3a weist erste Bohrungen 26 auf, die mit einer Senkung 27 versehen sind. Benachbart dazu sind zweite Bohrungen 28 ausgebildet, die als reine Durchgangsbohrungen ausgeführt sind, also keine Senkung aufweisen. Die Bohrungen 26 und 28 wechseln einander ab. Der Bohrungsversatz entspricht einer halben Teilung. In identischer Weise ist wie beschrieben auch die Innenringhälfte 3b ausgeführt, auch hier wechseln sich erste und zweite Bohrungen 26, 28, jeweils um eine halbe Teilung versetzt, ab. Dies führt dazu, dass es möglich ist, die Innenringhälften 3a, 3b so anzuordnen, siehe 7, dass jeweils eine erste Bohrung 26 der Innenringhälfte 3a einer zweiten Bohrung 28 der Innenringhälfte 3b gegenüberliegt, und umgekehrt. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die beiden Innenringhälften 3a, 3b um eine halbe Teilung relativ zueinander zu verdrehen. Dies führt in der Montagestellung wiederum dazu, dass an beiden Seiten des zusammengesetzten Innenrings 3 folglich gleiche Bohrungsbilder, die jedoch um eine halbe Teilung versetzt zueinander liegen, ausgebildet sind, die es ermöglichen, die jeweilige Befestigungsschraube 29 entweder von rechts oder von links einzuführen. Dies ist in den 8 und 9 gezeigt.
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8 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Befestigungsschraube 29 von rechts in den Innenring 3 eingesetzt ist. Angenommenermaßen befindet sich die erste Bohrung 26 an der Innenringhälfte 3a und die zweite Bohrung 28 an der Innenringhälfte 3b. Die Befestigungsschraube 29 ist in eine entsprechende Gewindebohrung eines Anbauteils 30 eingeschraubt. 9 zeigt demgegenüber die Ausgestaltung, bei der die Befestigungsschraube 29 von der linken Seite her, also von der Innenringhälfte 3b her eingesetzt ist. Die erste Bohrung 26 nebst Senkung 27 ist folglich an der Innenringhälfte 3b vorgesehen, während die zweite Bohrung 28 an der Innenringhälfte 3a vorgesehen ist. Die Befestigungsschraube 29 ist wiederum in eine entsprechende Gewindebohrung an dem Anbauteil 30 eingeschraubt. Damit kann auch hier eine Befestigung des Innenrings 3 sowohl von links als auch von rechts erfolgen.
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Alternativ ist es denkbar, wie bereits zum Außenring beschrieben, auch am Innenring die Bohrungen quasi nur einmal vorzusehen, und beidseits entsprechende Senkungen an den an den jeweiligen Innenringhälften 3a, 3b vorgesehenen Bohrungen vorzusehen. In diesem Fall würden sich folglich stets Bohrungen mit jeweils einer Senkung genüberliegen. Die Anzahl der Bohrung würde sich im jeweiligen Fall halbieren, der Zweck, nämlich die beidseitige Befestigung, ist nach wie vor gegeben. In diesem Fall befindet sich jedoch jeweils eine Senkung an der Anlagefläche des jeweiligen Rings zum Anbauteil, die Senkung bildet also eine Freistellung, die zu einer größeren elastischen Verformung im Schraubenklemmbereich führt. Diese Elastizität kann gezielt zur Optimierung der Schraubverbindung genutzt werden. Denn hierüber kann die Vorspannung der Schraube über alle Betriebszustände sichergestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist in 10 dargestellt. Hier ist exemplarisch gezeigt, dass der Außenring 3 quasi nur mit ersten Bohrungen 20 versehen ist, die beidseits mit entsprechenden Senkungen 22 versehen sind. Die Befestigungsschraube 24 ist im Beispiel von rechts eingesetzt und im Anbauteil 25 verschraubt. An der Anlagefläche des Außenrings 3 Anbauteil 25 ist im Bereich der Gewindebohrung 31 des Anbauteils 25 die Senkung 22 als Freistellung angeordnet. Da es sich bei der Verbindungsschraube 24 in der Regel um eine hochfeste Schraube handelt, gegenüber welcher das Material des Anbauteils 25 weicher ist, kommt es durch die hohen Schraubenanzugs- oder Vorspannkräfte zu einem partiellen „Fließen“ am Anfang der Gewindebohrung 31. Dieser sich ergebende Materialaufwurf 32 stört die Ebenheit der Anlagefläche des Anbauteils 25 und könnte, wenn keine Senkung 22 am Außenring 3 gegeben wäre, bei einem eventuellen Lagertausch zu Ungenauigkeiten führen, da keine plane Anlagefläche mehr gegeben wäre. Befindet sich jedoch eine Senkung 22 und damit eine Freistellung in diesem Bereich, so ist ein etwaiger Materialaufwurf 32 unproblematisch, da er in der Senkung 22 aufgenommen ist.
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Entsprechendes gilt natürlich in Bezug auf eine beidseitige Senkungsausbildung am Innenring 3.
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Wie beschrieben übernimmt der Außenumfang der Innenringhälften 3a, 3b die Aufgabe der Radiallaufbahnen 14. Dies ist möglich, da für die Herstellung der Axiallaufbahnen der Außendurchmesser die Innenringhälften 3a, 3b äußerst exakt bearbeitet werden muss, so dass der Außenumfang ohne weitere Bearbeitung als Radiallaufbahn verwendet werden kann, wie er gleichzeitig auch die Aufgabe der Spaltdichtung in Verbindung mit den Radialborden 18 des Außenrings 2 übernimmt.
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Darüber hinaus kommt den Radiallaufbahnen und ihrer konkreten Anordnung am größten Durchmesser des Innenrings 3 eine unterstützende Wirkung für die Gesamtsteifigkeit des Wälzlagers zu. Dies ist im Detail in 11 gezeigt. Wie beschrieben sind die Radiallaufbahnen 14 am Außenumfang realisiert, also an den radialen Umfangsflächen der Radialborde 33, die die Radialnut 5 begrenzen. Anstehende Axialkräfte wirken auf die Axiallaufflächen 7, wie in 11 gezeigt ist, wobei die Axiallast mit FLast dargestellt ist. Diese Axiallast FLast, die auch bei einer Kippmomentbelastung entsteht, würde grundsätzlich dazu führen, dass der jeweilige belastete Radialbord 33 elastisch ausweicht und versucht, sich zu verformen. Dem wird durch die gegebene radiale Vorspannung der Radialwälzkörper 16 gegen die Radiallaufbahnen 14 entgegengewirkt, wie durch die Vorspannlast FVorspann dargestellt. Durch die Anordnung der Radiallagerungen genau an den Außenumfängen der Radialborde 33 sowie die radiale Vorspannung der Radialwälzkörperreihen wird gerade diese Verformung wirkungsvoll verhindert und damit erheblich zur Gesamtsteifigkeit des Systems, insbesondere natürlich zur Axial- und Kippsteifigkeit beigetragen. Dem kommt ferner der Umstand zugute, dass aufgrund der Anordnung von zwei Radiallagerebenen und der Anordnung der Radiallagerungen am größtmöglichen Durchmesser des Innenrings 3, also radial gesehen noch „oberhalb“ des Axialteils, eine erheblich größere Wälzkörperanzahl integriert werden kann, verglichen mit bisherigen Lösungen im Stand der Technik, bei denen die Radiallagerung radial gesehen weiter innen erfolgte. Durch die Verdoppelung der Radiallagerung und die Erhöhung der Wälzkörperanzahl ist es möglich, ohne weiteres eines mehr als doppelt so hohe Tragfähigkeit und Radialsteifigkeit wie bisher zu realisieren.
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12 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlagers 1, das ebenfalls aus einem Außenring 2 und einem Innenring 3 mit zwei Innenringhälften 3a, 3b besteht. Auch hier sind, vergleichbar mit 1, zwei Axiallagerungen und zwei radial gesehen weiter außenliegende Radiallagerungen vorgesehen, der Aufbau in diesem direkten Lagerungsbereich entspricht dem, wie bezüglich 1 beschrieben, weshalb hierauf nicht näher einzugehen ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung nach 1 sind hier die Axialwälzkörper 9 beider Axialwälzkörperreihen 8 in entsprechenden Käfigen 34 geführt. Entsprechendes gilt für die Radialwälzkörper 16 der beiden Radialwälzkörperreihen 15, die in Käfigen 35 geführt sind.
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Bei dieser Wälzlagerausführung sind exemplarisch die Bohrungen 20 am Außenring 3 beidseits mit Senkungen 22 versehen, wie bereits bezüglich 10 beschrieben. Auch sind an den Innenringhälften 3a, 3b jeweils nur Bohrungen 26 mit Senkungen 27 vorgesehen, das heißt, es fehlen, verglichen mit 6 und 7, die zweite Bohrungsreihe mit den reinen Durchgangsbohrungen 28. Auch hier liegen sich folglich Bohrungen 26 mit jeweiligen Senkungen 27 gegenüber.
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Zur Reduzierung des Fertigungsaufwandes sind schließlich bevorzugt nur die anschlussbedingten Durchmesser und Flächen bearbeitet. Die Passungen sind so kurz wie möglich zu gestalten und untergeordnete Durchmesser freizustellen, so dass sie fertig gedreht ausgeführt werden können. So sind, wie in 12 gezeigt, der Außen- und Innendurchmesser des Wälzlagers 1 weitgehend über entsprechende Umfangsnuten 36, 37 weitgehend freigestellt. Diese Ausgestaltung der Außen- und Innenumfänge ist selbstverständlich auch bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen möglich, wie dort natürlich auch entsprechende käfiggeführte Wälzkörperreihen vorgesehen sein können.
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13 zeigt schließlich ein invers ausgebildetes Axial-Radial-Wälzlager 1 mit sinngemäß gleicher Ausführung und vergleichbaren Eigenschaften wie vorstehend beschrieben. Für gleiche Bauteile werden soweit möglich gleiche Bezugszeichen verwendet bzw. sind für die relevanten Teile in 13 angegeben.
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Bei diesem Lager ist der Außenring 2 zweiteilig ausgeführt, er besteht aus den beiden Außenringhälften 2a und 2b, während der Innenring 3 einteilig ist. Die Teilung des Außenrings 2 erleichtert durch die gute Zugänglichkeit der diversen Wälzkörperreihen die Einbringung der Wälzkörper bei der Lagermontage.
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Der zweiteilige Außenring 2 weist hier die Radialnut 5 auf, in die der am einteiligen Innenring 3 ausgebildete Radialvorsprung 4 eingreift. Zur Bildung der Radialnut 5 sind die Außenringhälften 2a, 2b entsprechend gestuft ausgeführt, wie 13 zeigt.
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Am Radialvorsprung 4 sind zwei Axiallaufbahnen 6 ausgebildet, denen nutseitig die Axiallaufbahnen 7 gegenüberliegen. Zwischen ihnen befindet sich die jeweilige Axialwälzkörperreihe 8.
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An den Außenringhälften 2a, 2b sind ferner die beiden hier einseitig offenen Radialnuten 12 vorgesehen, die die jeweiligen Radiallaufbahnen 13 ausbilden, denen die Radiallaufbahnen 14 am Innenring 3 gegenüberliegen. Dazwischen aufgenommen sind die jeweiligen Radialwälzkörperreihen 15, die auch hier am Außenumfang des Innenrings 3 abwälzen. Radial nach außen schließen sich an den Außenringhälften 2a, 2b die Radialborde 18 an, die wiederum über einen Spalt zum Innenring 3 beabstandet sind, so dass sich wiederum ein quasi geschlossenes Schmiermittelsystem ausbildet. Denn auch hier sind, resultierend aus den Schrägflächen 38 im Übergang vom jeweiligen Axial- zum Radiallagerbereich am Radialvorsprung 4 zwischen der jeweiligen Außenringhälfte 2a, 2b und dem Innenring 3 respektive dem Radialvorsprung 4 Schmiermittelaufnahmeräume 39 ausbilden.
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Auch hier ergeben sich die zur vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die hohe Radialtragfähigkeit und -steifigkeit, resultierend aus den hier doppelt vorgesehenen Radiallagerungen, die axial gesehen relativ weit voneinander beabstandet sind und axial gesehen die Axiallagerungen zwischen sich aufnehmen. Hierüber ergibt sich eine sehr gute Abstützung von Kippmomenten, resultierend darüber hinaus auch aufgrund der auf die hier an den Außenringhälften 2a, 2b ausgebildeten Radialborde 33 ausgeübten Vorspannlast. Denn durch die Anordnung der Radiallagerungen in der beschriebenen Weise sowie die radiale Vorspannung der Radialwälzkörperreihen 15 wird der aus der Axiallagerung herrührenden Axiallast, die auch bei einer Kippmomentbelastung entsteht, entgegengewirkt und eine Bordverformung wirkungsvoll verhindert. Hierüber wird die Gesamtsteifigkeit des Systems verbessert.
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Bei der in 13 gezeigten Ausführung der Außenringhälften 2a, 2b sind einseitig offene Radialnuten 12, die die Radiallaufbahnen 13 bilden, vorgesehen. Lediglich an der Außenseite ist ein entsprechender Bord für die Radialwälzkörperreihen 15 ausgebildet. Diese quasi nach innen gegebene Offenheit der Radialnuten 12 ermöglicht es, dass die Radiallaufbahnen 13 auf einfache Weise zusammen mit den Axiallaufbahnen 6 in einem Fertigungsschritt erzeugt werden können. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert die Herstellkosten. Da hier die Radiallager radial gesehen weiter innen liegen als die Axiallager, weist die in 13 gezeigte Ausführungsform eine etwas geringere Wälzkörperbestückung im Radiallagerbereich auf. Gleichwohl ermöglicht sie aber immer noch eine doppelt so hohe radiale Tragfähigkeit und -steifigkeit aufgrund der Verdoppelung der Radiallagerung.
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Die Möglichkeiten bezüglich der Ausgestaltung der Bohrungsbilder am Innenring 3 und an den Außenringhälften 2a, 2b entsprechen denen, wie zu der zuvor beschriebenen Lagerausgestaltung beschrieben. Das heißt, dass die bezüglich der 2 und 3 beschriebenen Ausführungen zum Bohrungsbild am dortigen einteiligen Außenring in gleicher Weise für den einteiligen Innenring gemäß 13 gelten. Entsprechendes gilt für die Ausführungen zu den 6 und 7 betreffend die Ausbildung der Bohrungsbilder an den dortigen Innenringhälften, auch diese gelten gleichermaßen für die Ausbildung der möglichen Bohrungsbilder an den Außenringhälften 2a, 2b gemäß 13.
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Alternativ kann am Innenring 3 gemäß 13 auch nur ein einfaches Bohrbild mit einer einseitigen Flachsenkung vorgesehen sein, wie auch die Außenringhälften 2a und 2b mit unterschiedlichen Bohrbildern versehen sein können, z. B. einem einfachen Bohrbild mit Flachsenkung seitens der Außenringhälfte 2a und einer einfachen Durchgangsbohrung seitens der Außenringhälfte 2b, wenn keine Möglichkeit zur wechselseitigen Verschraubung gegeben sein soll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Außenring
- 2a
- Außenringhälfte
- 2b
- Außenringhälfte
- 3
- Innenring
- 3a
- Innenringhälfte
- 3b
- Innenringhälfte
- 4
- Radialvorsprung
- 5
- Radialnut
- 6
- Axiallaufbahn
- 7
- Axiallaufbahn
- 8
- Axialwälzkörperreihe
- 9
- Axialwälzkörper
- 10
- Bord
- 11
- Bord
- 12
- Radialnut
- 13
- Radiallaufbahn
- 14
- Radiallaufbahn
- 15
- Radialwälzkörperreihe
- 16
- Radialwälzkörper
- 17
- Bord
- 18
- Radialbord
- 19
- Außenseite
- 20
- Bohrung
- 21
- Bohrung
- 22
- Senkung
- 23
- Senkung
- 24
- Verbindungsschraube
- 25
- Anbauteil
- 26
- Bohrung
- 27
- Senkung
- 28
- Bohrung
- 29
- Befestigungsschraube
- 30
- Anbauteil
- 31
- Gewindebohrung
- 32
- Materialaufwurf
- 33
- Radialbord
- 34
- Käfig
- 35
- Käfig
- 36
- Umfangsnut
- 37
- Umfangsnut
- 38
- Schrägfläche
- 39
- Schmiermittelaufnahmeraum