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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, beispielsweise für einen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der zwei Zahnräder koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind, bei der das erste Zahnrad drehfest mit der Welle verbunden und das zweite Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert ist, bei der das zweite Zahnrad an dem ersten Zahnrad mittels eines Axialnadellagers abgestützt ist, und bei der das Axialnadellager eine erste Winkelscheibe aufweist, die mit einem radial ausgerichteten Anlageflansch an einer zu dem zweiten Zahnrad gerichteten Stirnseite des ersten Zahnrads axial anliegt sowie radial innen mit einem Axialabschnitt auf der Welle sitzt.
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Es ist eine Lageranordnung zur gegenseitigen axialen Abstützung und Lagerung von zwei axial benachbarten Zahnrädern in einem Allradverteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei ist ein erstes Zahnrad drehfest mit einer Welle verbunden und ein zweites, axial benachbartes Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert. Die axiale Abstützung des drehbaren zweiten Zahnrades gegenüber dem drehfest mit der Welle verbundenen ersten Zahnrad erfolgt mittels eines Axialnadellagers. Dazu liegt am drehfesten Zahnrad axial eine Winkelscheibe des Axialnadellagers an, während an dem drehbaren Zahnrad keine Winkelscheibe vorgesehen ist. Dies hat zur Folge, dass die Wälzkörper des Axialnadellagers am drehfesten Zahnrad auf der Winkelscheibe und am drehbar gelagerten Zahnrad direkt an dessen Stirnfläche abrollen. Von Nachteil ist dabei unter anderem, dass die Stirnfläche des drehbar gelagerten Zahnrads zur Reibungs- und Verschleißminderung einer aufwendigen Oberflächenbehandlung unterzogen werden muss, um als Laufbahn für die Wälzkörper fungieren zu können. Außerdem ist an dem drehbaren Zahnrad radial innen in dessen axialen Bohrung eine Ringnut zur Aufnahme eines Sicherungsrings vorzusehen, mit dem ein axiales Verschieben des Radialnadellagers bei einer axialen Belastung desselben verhindert wird.
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Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, eine neuartige, gattungsgemäße Lageranordnung vorzustellen, die einen konstruktiv vereinfachten Aufbau aufweist sowie die Ausbildung der einen Stirnseite des drehbaren Zahnrades als Lauffläche für die Wälzkörper des Axialnadellagers nicht erfordert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lageranordnung vorgeschlagen, beispielsweise für einen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der zwei Zahnräder koaxial zueinander auf einer Welle angeordnet sind, bei der das erste Zahnrad drehfest mit der Welle verbunden und das zweite Zahnrad mittels eines Radialnadellagers drehbar auf der Welle gelagert ist, bei der das zweite Zahnrad an dem ersten Zahnrad mittels eines Axialnadellagers abgestützt ist, und bei der das Axialnadellager eine erste Winkelscheibe aufweist, die mit einem radial ausgerichteten Anlageflansch an einer zu dem zweiten Zahnrad gerichteten Stirnseite des ersten Zahnrads axial anliegt sowie radial innen mit einem Axialabschnitt auf der Welle sitzt.
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Gemäß der Erfindung ist bei dieser Lageranordnung vorgesehen, dass das Axialnadellager eine zweite Winkelscheibe aufweist, dass zwischen den beiden Winkelscheiben Wälzkörper angeordnet sind, dass die zweite Winkelscheibe einen ringförmigen und radial ausgerichteten Druckflansch aufweist, welcher axial an der zum ersten Zahnrad weisenden Stirnseite des zweiten Zahnrads anliegt, dass die zweite Winkelscheibe radial innen einen von dem ersten Zahnrad wegweisenden axialen Abschnitt mit einem freien axialen Ende aufweist, dass das zweite Zahnrad eine zentrale axiale Bohrung aufweist, dass in dieser Bohrung nahe zu der zweiten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine Ringnut ausgebildet ist, und dass das freie Ende des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe in der Ringnut des zweiten Zahnrades aufgenommen ist, oder dass das freie Ende des axial ausgerichteten Abschnitts derart ausgebildet ist, dass es während des Betriebs durch eine auf das Radialnadellager wirkende und an den axial ausgerichteten Abschnitt der zweiten Winkelscheibe weitergeleitete Axiallast in die Ringnut des zweiten Zahnrades hinein drückbar ist.
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Durch die Anordnung der zweiten Winkelscheibe kann auf eine aufwendige Oberflächenbehandlung des zweiten Zahnrads verzichtet werden, die ansonsten zum verschleißfreien Abrollen der Wälzkörper in diesem Bereich notwendig wäre. Aufgrund des schon bei der Montage der Lageranordnung oder während des Betriebs erfolgenden plastischen Umformvorgangs des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe bei einer anstehenden Axiallast ist darüber hinaus eine mechanisch belastbare sowie verliersichere Befestigung der zweiten Winkelscheibe am zweiten Zahnrad gegeben. Der radial umgeformte axiale Abschnitt bildet zugleich eine axiale Wegbegrenzung für das Radialnadellager bei der auf dieser in Richtung zum ersten, drehfesten Zahnrad einwirkenden Axiallast, so dass ein ansonsten vorzusehender Sicherungsring ersatzlos entfallen kann. Ferner wird die Axiallast direkt in das zweite, drehbare Zahnrad über die zweite Winkelscheibe übergeleitet.
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Die Querschnittsgeometrie der Ringnut in dem drehbaren Zahnrad entspricht vorzugsweise der Form eines rechtwinkligen Trapezes oder eines Vierecks, sie kann abweichend hiervon aber auch eine keilförmige beziehungsweise eine dreieckige oder eine andere Querschnittsgeometrie aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das freie Ende des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe eine in Bezug zur Längsmittelachse geneigt ausgerichtete Anlauffläche zum axialen Anlaufen einer Hülse des Radialnadellagers aufweist. Hierdurch wird der plastische Umformvorgang des freien Endes des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe des Axialnadellagers unterstützt beziehungsweise in die Richtung der Ringnut gelenkt.
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Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der radial ausgerichtete Anlageflansch der ersten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine von der Stirnseite des ersten Zahnrads abgewandte erste Laufbahn für die Wälzkörper des Axialnadellagers aufweist. Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der radial ausgerichtete Druckflansch der zweiten Winkelscheibe des Axialnadellagers eine von der Stirnseite des zweiten Zahnrads abgewandte zweite Laufbahn für die Wälzkörper des Axialnadellagers aufweist. Hierdurch ist eine zuverlässige Führung des Axialnadellagers zwischen den sich gegenüberstehenden Zahnrädern gegeben.
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Das Radialnadellager weist eine hohlzylindrische Hülse auf, die innerhalb der zentralen Bohrung des zweiten, drehbaren Zahnrads zumindest geringfügig pressschlüssig aufgenommen ist. An dieser Hülse sind beidseitig radial einwärts gerichtete Borde zur axialen Führung von zwischen der Hülse und einem durchmesserkleineren Abschnitt der Welle abrollenden Wälzkörpern ausgebildet. Bei einer an dem Radialnadellager anliegenden Axiallast bewegt sich dieses in Richtung zu dem ersten, drehfesten Zahnrad und trifft mit einen dem Axialnadellager zugewandten Eckradius der Hülse auf die schräge Anlauffläche des freien Endes des axial ausgerichteten Abschnitts der zweiten Winkelscheibe und biegt dieses soweit radial nach außen um, bis dieses freie Ende zumindest abschnittweise in der Ringnut der Bohrung des drehbaren Zahnrades aufgenommen ist, wodurch jede axiale Wanderbewegung des Radialnadellagers in Richtung zum drehfesten Zahnrad aufgrund der weiter anstehenden Axiallast gestoppt ist.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In der Zeichnung zeigt
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1 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine Lageranordnung gemäß der Erfindung mit einem in einer axialen Ausgangslage befindlichen Radialnadellager,
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2 einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung gemäß 1 mit dem aufgrund des Einwirkens einer Axiallast FA in eine axiale Zwischenlage verschobenen Radiallager, und
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3 einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung gemäß 1 mit dem aufgrund eines weiteren Einwirkens der Axiallast FA in eine axiale Endlage verschobenen Radiallager.
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Die Lageranordnung 10 gemäß den 1 bis 3 weist ein erstes Zahnrad 12 und ein zweites Zahnrad 14 auf, wobei das zweite Zahnrad 14 mittels eines Axialnadellagers 16 an dem ersten Zahnrad 12 axial abgestützt ist. Das erste Zahnrad 12 ist drehfest auf einer Welle 18 angeordnet, und das zweite Zahnrad 14 ist mittels eines Radialnadellagers 20 drehbar auf der Welle 18 gelagert. Der Welle 18 ist in den Figuren zur besseren Übersicht im Durchmesser unverhältnismäßig klein dargestellt. Alle Bauteile der Lageranordnung 10 sind koaxial und rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse 22 der Welle 18 ausgebildet und angeordnet.
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Das Radialnadellager 20 weist eine im Wesentlichen hohlzylindrische Hülse 24 mit einer im Längsschnitt näherungsweise U-förmigen Geometrie auf, wobei an der Hülse 24 jeweils endseitig zwei radial einwärts gerichtete Borde 26, 28 ausgebildet sind, die jeweils senkrecht zur Längsmittelachse 22 verlaufen. Die Hülse 24 ist in einer zentralen axialen Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 aufgenommen. Radial zwischen der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 und einem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 sind nadelförmige Wälzkörper 36 angeordnet, welche in einem Käfig 34 aufgenommen und geführt sind. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 rollen auf einer radial innen an der Hülse 24 ausgebildeten Laufbahn und direkt auf dem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 ab. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 bilden zusammen mit dem Käfig 34 einen nicht bezeichneten Radialnadellagerkranz. Die Wälzkörper 36 des Radialnadellagers 20 sind durch die Hülse 24 sowie den durchmesserkleineren Wellenabschnitt 32 in Verbindung mit der Bohrung 30 radial beidseitig zuverlässig geführt. Zwar ist das Radialnadellager 20 in der Bohrung 30 des zweiten Zahnrades 14 geringfügig pressschlüssig aufgenommen, jedoch nicht so fest, dass eine Axialbewegung unter Betriebsbedingungen nicht möglich wäre.
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Das zwischen den beiden Zahnrädern 12, 14 angeordnete Axialnadellager 16 weist eine erste Winkelscheibe 40 sowie eine zweite Winkelscheibe 42 auf. Die erste Winkelscheibe 40 besteht zunächst aus einem senkrecht zur Längsmittelachse 22 verlaufenden, kreisringförmigen Anlageflansch 44, der zumindest bereichsweise an der zum zweiten Zahnrad 14 weisenden Stirnseite 46 des ersten Zahnrads 12 axial anliegt. An dem Anlageflansch 44 ist radial innen ein sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckender hohlzylindrischer Axialabschnitt 48 ausgebildet, der auf einem durchmessergrößeren Abschnitt 50 der Welle 18 aufsitzt. Der Axialabschnitt 48 und der Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40 sind einstückig aus Blech gefertigt.
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Zwischen dem durchmessergrößeren Abschnitt 50 und dem durchmesserkleineren Abschnitt 32 der Welle 18 ist ein kleiner radialer Absatz 52 ausgebildet. Ein senkrecht zur Längsmittelachse 22 ausgerichteter kreisringförmiger Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 liegt an der zum ersten Zahnrad 12 weisenden Stirnseite 56 des zweiten Zahnrads 14 axial an, wodurch die beiden genannten Stirnseiten 46, 56 der beiden Zahnräder 12, 14 einander zugewandt sind.
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Der Druckflansch 54 weist in der in 1 gezeigten axialen Ausgangslage des Radialnadellagers 20 einen hier noch im Wesentlichen parallel zur Längsmittelachse 22 ausgerichteten hohlzylindrischen Abschnitt 60 mit einem leicht radial auswärts gerichteten freien Ende 62 auf. Dieses freie Ende 62 weist radial innen eine in Bezug zur Längsmittelachse 22 geneigt verlaufende Anlauffläche 64 auf. Auch der axiale Abschnitt 60 sowie der Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 sind vorzugsweise gleichfalls einstückig aus einem Blech hergestellt.
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In die zentrale Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 ist axial nahe zu der zum Axialnadellager 16 weisenden Stirnseite 56 des zweiten Zahnrades 14 eine umlaufende und radial einwärts offene Ringnut 66 ausgebildet, die hier lediglich exemplarisch eine Querschnittsgeometrie aufweist, die der eines rechtwinkligen Trapezes entspricht. Abweichend von der dargestellten Querschnittsgeometrie kann die Ringnut 66 auch eine dreieckige Querschnittsgeometrie oder eine andere Geometrie aufweisen.
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An dem Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40 ist eine erste Laufbahn 70 und an dem Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42 ist eine zweite Laufbahn 72 ausgebildet, wobei die beiden Laufbahnen 70, 72 einander zugewandt sind. Zwischen den beiden Laufbahnen 70, 72 sind darauf abrollende Wälzkörper 74 angeordnet, die in einem Käfig 76 aufgenommen und geführt sind. Der Käfig 76 und die Wälzkörper 74 bilden zusammen einen Axialnadelkranz, dessen radiale Führung durch den Axialabschnitt 48 der ersten Winkelscheibe 40 und dessen axiale Führung durch den Anlageflansch 44 sowie den Druckflansch 54 der beiden Winkelscheiben 40, 42 gewährleistet ist.
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In der in 1 gezeigten axialen Ausgangslage des Radialnadellagers 20 wirkt noch keine Axiallast FA an dem Radialnadellager 20, sodass zwischen dem freien Ende 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 und einem in Richtung zum zweiten Zahnrad 12 weisenden Eckradius 80 der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 noch ein schmaler axialer Spalt 82 besteht. Dies bedeutet, dass das freie Ende 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 noch nicht umgeformt beziehungsweise abgekröpft ist, und demzufolge noch nicht in der Ringnut 66 des zweiten Zahnrades 14 aufgenommen ist. Bei einer auf das Radialnadellager 20 wirkenden Axiallast FA, die zum Beispiel bei der Verwendung der Lageranordnung 10 in einem Allradverteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs auftritt, bewegt sich das Radialnadellager 20 in axialer Richtung innerhalb der Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 auf das Axialnadellager 16 zu. Dies ist in den 2 und 3 deutlich erkennbar.
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So zeigt 2 die Lageranordnung gemäß 1 in einer Betriebssituation, in welcher sich das Radialnadellager 20 aufgrund einer auf dieses wirkenden Axialkraft FA in Richtung zum ersten Zahnrad 12 bewegt hat. In dieser axialen Position des Radialnadellagers 20 liegt der axiallagernahe Eckradius 80 der Hülse 24 aufgrund der durch die Axialkraft FA bewirkten Bewegung des Radialnadellagers 20 an dem freien Ende 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 des Axialnadellagers 16 an. Ein Umformvorgang dieses Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 des Axialnadellagers 16 beziehungsweise ein radial auswärts gerichtetes Abkröpfen dieses axialen Abschnitts 60 hat noch nicht begonnen, so dass sich das freie Ende 62 des axialen Abschnitts 60 immer noch vollständig außerhalb der Ringnut 66 befindet. Ein in 2 eingezeichneter Winkel α zwischen der Längsmittelachse 22 und der in Richtung zur Quelle der Axiallast FA ansteigenden Anlauffläche 64 des axialen Abschnitts 60 beträgt im hier dargestellten, unverformten Zustand des Abschnitts 60 ungefähr 20°.
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3 zeigt einen schematischen Teillängsschnitt der Lageranordnung 10 mit dem aufgrund des weiteren Einwirkens der Axiallast FA bis in eine axiale Endlage verschobenen Radialnadellagers 20. Aufgrund der auf das Radialnadellager 20 in Richtung zum ersten Zahnrad 12 einwirkenden Axiallast FA hat sich das Radialnadellager 20 daher bis in die zeichnerisch dargestellte axiale Endlage verschoben. Zum Erreichen dieser axialen Endlage, in welcher der Eckradius 80 der Hülse 24 des Radialnadellagers 20 gleichfalls fest am axialen Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 anliegt beziehungsweise gegen dieses gepresst ist, läuft der Eckradius 80 der Hülse 24 axial gegen die geneigte Anlauffläche 64 des freien Endes 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 an, wodurch der radial nach außen gerichtete Umformvorgang erfolgt. Im Zuge dieses plastischen Umformvorgangs des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 wird dieser soweit radial nach außen abgekröpft beziehungsweise umgebogen, dass im Ergebnis das freie Ende 62 des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 zumindest bereichsweise in der Ringnut 66 der Bohrung 30 des zweiten Zahnrades 14 aufgenommen ist. Hierdurch ist eine zuverlässige Lagesicherung der zweiten Winkelscheibe 42 an dem zweiten Zahnrad 14 erreicht.
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In der in 3 dargestellten axialen Endlage des Radialnadellagers 20 stößt der axiale Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 zudem an eine Außenkante 84 einer in Bezug zu einer Senkrechten auf der Längsmittelachse 22 geringfügig hin zum ersten Zahnrad 12 geneigten Außenwand 86 der Ringnut 66 an, so dass das Radialnadellager 20 aus der axialen Endlage nicht weiter in Richtung zum ersten Zahnrad 12 wandern kann, wodurch ein ansonsten vorzusehender Sicherungsring zur axialen Lagesicherung des Radialnadellagers 20 nicht mehr notwendig ist. Der mit Hilfe der Axiallast FA plastisch deformierte axiale Abschnitt 60 der zweiten Winkelscheibe 42 wirkt damit als eine axiale Wegbegrenzung für das Radialnadellager 20, welche die Funktion eines konventionellen, nutgeführten Sicherungsrings übernimmt.
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Die Materialstärke D1 der ersten Winkelscheibe 40 ist bevorzugt größer als die Materialstärke D2 der zweiten Winkelscheibe 42 des Axialnadellagers 16, um unter anderem den Umformprozess des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 auch bei einer vergleichsweise geringen Axialkraft FA leicht ablaufen zu lassen. Gegebenenfalls kann zur weiteren Optimierung des Abkröpfens des axialen Abschnitts 60 die Materialstärke D2 der zweiten Winkelscheibe 42 in einer Umformzone 92 des axialen Abschnitts 60 weiter vermindert sein.
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Ein durch die Axiallast FA im Radialnadellager 20 hervorgerufener Kraftfluss 90 wird darüber hinaus in vorteilhafter Weise mithilfe des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 direkt in das zweite Zahnrad 14 geleitet.
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Die sich im Einsatzbetrieb der Lageranordnung 10 unter dem Einfluss der Axiallast FA selbsttätig verformende beziehungsweise abkröpfende und sich hierdurch automatisch in der Bohrung 30 des zweiten Zahnrads 14 festsetzende zweite Winkelscheibe 42 des Axialnadellagers 16 macht darüber hinaus eine ansonsten vorzusehende, aufwendige und kostenintensive Oberflächenbearbeitung der Stirnseite 56 des zweiten Zahnrads 14 überflüssig, um dort insbesondere ein reibungsarmes und demzufolge verschleißarmes Abrollen der Wälzkörper 74 des Axialnadellagers 16 zu ermöglichen.
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Sofern es die Konstruktion des Getriebes erlaubt, kann das Umbördeln des axialen Abschnitts 60 der zweiten Winkelscheibe 42 hinein in die Ringnut 66 des drehbaren zweiten Zahnrades 14 auch manuell durch einen Monteur erfolgen, so dass das Radialnadellager 20 bereits vor der ersten Inbetriebnahme der Lageranordnung 10 an seiner in 3 gezeigten axiallagernahen Endposition angeordnet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lageranordnung
- 12
- Erstes Zahnrad
- 14
- Zweites Zahnrad
- 16
- Axialnadellager
- 18
- Welle
- 20
- Radialnadellager
- 22
- Längsmittelachse
- 24
- Hülse des Radialnadellagers
- 26
- Erster Bord des Radialnadellagers
- 28
- Zweiter Bord des Radialnadellagers
- 30
- Bohrung im zweiten Zahnrad
- 32
- Durchmesserkleinerer Abschnitt der Welle
- 34
- Käfig des Radialnadellagers
- 36
- Wälzkörper des Radialnadellagers
- 40
- Erste Winkelscheibe des Axialnadellagers
- 42
- Zweite Winkelscheibe des Axialnadellagers
- 44
- Anlageflansch der ersten Winkelscheibe
- 46
- Stirnseite des ersten Zahnrads
- 48
- Axialabschnitt der ersten Winkelscheibe 40
- 50
- Durchmessergrößerer Abschnitt der Welle
- 52
- Absatz an der Welle
- 54
- Druckflansch der zweiten Winkelscheibe
- 56
- Stirnseite des zweiten Zahnrads
- 60
- Axialer Abschnitt der zweiten Winkelscheibe
- 62
- Freies Ende des Abschnitts 60
- 64
- Anlauffläche am Abschnitt 60
- 66
- Ringnut in der Bohrung 30 des zweiten Zahnrads
- 70
- Erste Laufbahn am Anlageflansch 44 der ersten Winkelscheibe 40
- 72
- Zweite Laufbahn am Druckflansch 54 der zweiten Winkelscheibe 42
- 74
- Wälzkörper des Axialnadellagers
- 76
- Käfig des Axialnadellagers
- 80
- Eckradius an der Hülse 26 des Radialnadellagers
- 82
- Axialer Spalt
- 84
- Außenkante der Ringnut 66
- 86
- Außenwand der Ringnut 66
- 90
- Kraftfluss
- 92
- Umformzone
- α
- Winkel der Anlauffläche 64 am axialen Abschnitt 60
- D1
- Materialstärke der ersten Winkelscheibe 40
- D2
- Materialstärke der zweiten Winkelscheibe 42
- FA
- Axiallast
