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Die Erfindung betrifft einen Käfig für ein Axialkugellager wobei der Käfig mindestens eine Aufnahmetasche für eine Kugel des Axialkugellagers aufweist, wobei die Aufnahmetasche eine erste und eine zweite Abschlusskontur aufweist, wobei die Kugel zwischen der ersten und der zweiten Abschlusskontur verliersicher angeordnet ist, wobei die erste Abschlusskontur die Kugel formschlüssig in der Aufnahmetasche hält, wobei die zweite Abschlusskontur eine Mehrzahl von Haltenasenabschnitte aufweist, welche die Kugel in der Aufnahmetasche formschlüssig halten. Die Erfindung betrifft ferner ein Axialkugellager mit dem Käfig sowie ein Verfahren zur Herstellung des Käfigs.
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Axialwälzlager weisen in vielen Bauformen zwei Scheiben auf, wobei zwischen den Scheiben eine Mehrzahl von Wälzkörpern angeordnet ist, sodass die Scheiben um eine gemeinsame Hauptdrehachse zueinander verdreht werden können. Axialwälzlager können axiale Kräfte übertragen. Es ist bekannt, Axialwälzlager mit Kugeln oder mit Rollen auszustatten. Um die Wälzkörper geordnet zwischen den Scheiben zu halten, werden oftmals Lagerkäfige eingesetzt, welche die Wälzkörper einzeln aufnehmen und voneinander beabstanden. Derartige Lagerkäfige werden üblicherweise aus Kunststoff, Blech oder in Massivbauweise gefertigt. Prinzipiell ist es die primäre Aufgabe der Lagerkäfige, die Wälzkörper im Betrieb des Axialwälzlagers voneinander zu beabstanden. Doch es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Wälzkörper in den Lagerkäfigen verliersicher gehalten werden, da auf diese Weise die Montage des Axialwälzlagers vereinfacht werden kann. So ist es möglich, in einem ersten Arbeitsschritt den Lagerkäfig mit den Wälzkörpern zu bestücken und in einem zweiten Arbeitsschritt den bestückten Lagerkäfig zwischen den Scheiben anzuordnen. Für eine Umsetzung muss somit sichergestellt werden, dass die Wälzkörper nach dem Einlegen in den Lagerkäfig nicht mehr herausfallen können.
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Hierzu schlägt die Druckschrift
DE 10 2008 004 033 A1 einen Lagerkäfig für Wälzkörper eines Axialwälzlagers vor, welcher in einer Blechbauweise gefertigt ist. Der Lagerkäfig weist Taschen für Kugeln als Wälzkörper auf, wobei die Kugeln in den Taschen so gehalten werden, dass die Bewegungsfreiheit in wenigstens zwei Freiheitsgrade begrenzt ist. Der Lagerkäfig ist in einer Blechbauweise ausgeführt und ist in einem Längsschnitt in etwa W-förmig gestaltet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Käfig für ein Axialkugellager vorzuschlagen, welcher stabil und zugleich einfach zu montieren ist. Diese Aufgabe wird durch einen Käfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Axialkugellager mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Käfig, insbesondere ein Lagerkäfig, welcher für ein Axialkugellager geeignet und/oder ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Käfig als ein mit Wälzkörpern gefüllter Käfig ausgebildet. Das Axialkugellager weist vorzugsweise zwei Laufbahnen auf, welche besonders bevorzugt in einer Radialebene zu einer Hauptdrehachse des Axialkugellagers liegen. Die Laufbahnen können auf separaten Scheiben ausgebildet sein, welche Bestandteile des Axialkugellagers bilden. Alternativ hierzu ist eine oder beide der Laufbahnen integraler Bestandteil eines anderen Bauteils, wie zum Beispiel von einem Gehäuse oder dergleichen. Das Axialkugellager weist als Wälzkörper Kugeln auf, welche in mindestens einreihig zwischen den Laufbahnen abwälzend angeordnet sind. Insbesondere sind die Kugeln in einem Kreis konzentrisch und koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet. Der Käfig hat die Funktion, die Kugeln im Betrieb des Axialkugellagers in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse voneinander zu beabstanden.
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Der Käfig weist mindestens eine Aufnahmetasche für eine der Kugeln des Axialkugellagers sowie mindestens diese Kugel auf. Vorzugsweise weist der Käfig eine Mehrzahl derartiger Aufnahmetaschen und Kugeln auf, welche in einer Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse des Axialkugellagers und/oder des Käfigs insbesondere regelmäßig angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass jede der Aufnahmetaschen wie nachfolgend beschrieben ausgebildet ist, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nur ein Teil der Aufnahmetaschen entsprechend ausgebildet ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass alle Aufnahmetaschen gleich und/oder wie nachfolgend beschrieben ausgebildet sind.
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Die Aufnahmetasche weist eine erste und eine zweite Abschlusskontur auf, welche einen Kugelaufnahmeraum in dem Käfig in beide axiale Richtungen abschließen. Die Kugel ist zwischen der ersten und der zweiten Abschlusskontur insbesondere in axialer Richtung verliersicher angeordnet und/oder gefangen. Vorzugsweise ist die Kugel in der Aufnahmetasche auch in radialer Richtung und/oder in Umlaufrichtung verliersicher angeordnet und/oder gefangen. Die Abschlusskonturen sind insbesondere als Randbereiche des Käfigs in der Aufnahmetasche ausgebildet. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kugel in axialer Richtung über die erste und/oder zweite Abschlusskontur, vorzugsweise über beide Abschlusskonturen, herausragt, sodass die Kugel abwälzend in Kontakt mit den Laufbahnen treten kann.
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Die erste Abschlusskontur hält die Kugel formschlüssig in der Aufnahmetasche in einer ersten axialen Richtung. Die zweite Abschlusskontur hält die Kugel formschlüssig in der Aufnahmetasche in die dazu gegengerichtete zweite axiale Richtung. In der allgemeinsten Ausprägung der Erfindung kann die erste Abschlusskontur beliebig ausgebildet sein. Die erste und/oder die zweite Abschlusskontur wird/werden insbesondere durch einen Grundkörper des Käfigs gebildet.
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Es ist vorgesehen, dass die zweite Abschlusskontur eine Mehrzahl von Haltenasenabschnitten aufweist. Die Haltenasenabschnitte erstrecken sich in Bezug auf eine Taschenachse in einer radialen Richtung nach innen. Besonders bevorzugt ist, dass nur die Haltenasenabschnitte mit der Kugel in Kontakt treten, um diese formschlüssig zu halten. Die Taschenachse ist vorzugsweise eine Mittelachse welche koaxial zu der ersten Abschlusskontur und/oder zu der zweiten Abschlusskontur und/oder zu der Aufnahmetasche ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist die Taschenachse parallel zu der Hauptdrehachse.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Haltenasenabschnitte aus einem Grundkörper des Käfigs mittels eines spanenden, insbesondere spanabhebenden Verfahrens hergestellt sind. Das spanende Verfahren ist insbesondere als ein Fräsen ausgebildet. Insbesondere wird beim spanenden Verfahren Material aus dem Grundkörper abgetrennt, um die Haltenasenabschnitte zu bilden.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass es mittels spanender Verfahren möglich ist, die zweite Abschlusskontur mit der Mehrzahl von Haltenasenabschnitten derart auszubilden, dass diese zum einen fertigungstechnisch günstig, insbesondere ausschließlich durch das spanabhebende Verfahren, eingebracht werden können und zum anderen die Funktion eines sicheren Haltens, insbesondere eines verliersicheren Haltens der Kugel beziehungsweise der Kugeln in dem Käfig umsetzen können. Auf diese Weise ist ein Käfig geschaffen, der besonders bei der Montage einfach handzuhaben ist, da die Kugel oder die Kugeln stets verliersicher in dem Käfig gefangen sind, sodass dieser als eine selbsthaltende Unterbaugruppe bei der Käfigmontage eingesetzt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Käfig als ein Massivkäfig ausgebildet, wobei der Käfig aus einem Halbzeug mittels spanabhebender Verfahren gefertigt ist. Vorzugsweise wird der Käfig, insbesondere die Haltenasenabschnitte ohne Umformverfahren, im Speziellen ohne Verstemmen, hergestellt. Als Werkstoff für den Käfig und/oder Grundkörper ist Metall, insbesondere Stahl oder Buntmetall, bevorzugt.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung werden die Haltenasenabschnitte aus dem Grundkörper durch das spanende Verfahren in die Endform gebracht. Damit soll nochmals unterstrichen werden, dass beispielsweise ein aufwendiges Verstemmen der Haltenasenabschnitte nicht notwendig ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die zweite Abschlusskontur genau drei Haltenasenabschnitte aufweist. Diese drei Haltenasenabschnitte erlauben eine einfache Montage der Kugel in der Aufnahmetasche und erfordern zugleich eine geringe mechanische Bearbeitung. Vorzugsweise sind die drei Haltenasenabschnitte oder allgemein die Haltenasenabschnitte in Umlaufrichtung um eine Taschenachse regelmäßig voneinander beabstandet.
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Mit dem Ziel, die Fertigungskosten für den Käfig möglichst gering zu halten ist es bevorzugt, dass die erste Abschlusskontur eine insbesondere um die Taschenachse umlaufend geschlossene Kontaktlinie, insbesondere Anlagelinie für die Kugel bildet. In dieser Ausgestaltung kann die erste Abschlusskontur als rotationssymmetrische Kontur besonders günstig gefertigt werden.
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In der konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Kugel mit einem Axialspiel in der Aufnahmetasche angeordnet ist. Die Kugel kann sich somit innerhalb der Aufnahmetasche in axialer Richtung bewegen, wobei die maximale Bewegung größer als 0,5 Millimeter und insbesondere größer als 1 Millimeter ist. Diese Ausgestaltung unterstreicht die Idee, dass der Käfig und insbesondere die zweite Abschlusskontur im Betrieb des Axialkugellagers die Kugel mit der ersten und/oder zweiten Abschlusskontur nicht führt, sondern dass diese Abschlusskonturen maßgeblich ein Hilfsmittel zur vereinfachten Montage des Käfigs als Unterbaugruppe ausgebildet sind.
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In einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Haltenasenabschnitte als Schnappnasenabschnitte ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass die Kugel bei der Montage in den Käfig mit einem axialen Druck in die Aufnahmetasche eingeschnappt werden kann und nachfolgend verliersicher in der Aufnahmetasche gefangen ist. Insbesondere sind die Haltenasenabschnitte so ausgebildet, dass die Kugel in die Aufnahme eingeschnappt werden kann, wobei die Haltenasenabschnitte ausschließlich elastisch und nicht plastisch verformt werden. Das Einschnappen der Kugel in die Aufnahmetasche stellt somit einen zerstörungsfreien Vorgang dar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in Umlaufrichtung um die Taschenachse zwischen den Haltenasenabschnitten Durchgangsabschnitte angeordnet. Durch die Haltenasenabschnitte wird ein freier Durchgang mit einem ersten Teilkreisdurchmesser definiert. Vorzugsweise wird durch die Haltenasenabschnitte ein gemeinsamer erster Teilkreisdurchmesser definiert. Die Durchgangsabschnitte weisen dagegen einen freien Durchgang mit einem größeren Durchmesser auf. Alternativ oder ergänzend ausgedrückt sind die Durchgangsabschnitte in Bezug auf die Taschenachse radial nach außen versetzt zu den Haltenasenabschnitten angeordnet.
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Konstruktiv ist es besonders bevorzugt, dass der Verlauf der Haltenasenabschnitte koaxial zu der Taschenachse ausgebildet ist. Insbesondere weisen alle Haltenasenabschnitte, welche zu der zweiten Abschlusskontur beitragen, den gleichen ersten Teilkreisdurchmesser auf. Alternativ oder ergänzend ist der Verlauf der Durchgangsabschnitte jeweils koaxial zu einer Bearbeitungsachse ausgebildet, wobei die Bearbeitungsachse versetzt zu der Taschenachse angeordnet ist. Auf diese Weise kann zum Beispiel mit einem rotierenden Werkzeug zunächst einheitlich die zweite Abschlusskontur vorbereitet werden und durch den Einsatz eines rotierenden Werkzeuges, welches jedoch um die zu der Taschenachse versetzte Bearbeitungsachse rotiert, die Durchgangsabschnitte aus dem Grundkörper des Käfigs herausgearbeitet werden.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung erstrecken sich die Haltenasenabschnitte jeweils über einen Winkelbereich von weniger als 45 Grad und vorzugsweise weniger als 30 Grad um die Taschenachse.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Axialkugellager mit einer Mehrzahl von Kugeln sowie zwei Laufbahnen, wobei die Kugeln zwischen den Laufbahnen abwälzend angeordnet sind. Insbesondere ist das Axialkugellager ausgebildet wie bereits zuvor beschrieben. Erfindungsgemäß weist das Axialkugellager den Käfig auf, wie dieser zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Käfigs wie dieser zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vorgesehen ist, dass die Haltenasenabschnitte aus dem Grundkörper des Käfigs mittels eines spanenden Verfahrens hergestellt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Axialkugellager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine axiale Draufsicht auf den Käfig in der 1; 3 eine schematische dreidimensionale Detaildarstellung des Käfigs in der 1.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Längsschnitt eines Axialkugellager 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Axialkugellager 1 weist eine erste und eine zweite Lagerscheibe 2a, b auf, zwischen denen eine Mehrzahl von Kugeln 3 abwälzend angeordnet ist. In der Darstellung sind die Lagerscheiben 2a, b nur stark schematisiert dargestellt und überlappen mit der Kugel 3. Tatsächlich bilden die Lagerscheiben 2a, b Laufbahnen für die Kugeln 3 aus, sodass die Lagerscheiben 2a, b relativ zueinander um eine Hauptdrehachse H des Axialkugellagers 1 verdreht werden können.
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Die Kugeln 3 sind in einem Käfig 4 geführt, welcher in seiner Grundform als ein Ring ausgebildet ist. Der Axialkäfig 4 ist als ein Massivkäfig realisiert und durch eine spanende Fertigung hergestellt. Der Käfig 4 weist für jede der Kugeln 3 eine Aufnahmetasche 5 auf, welche in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H oder zu einer Taschenachse T durch eine erste Abschlusskontur 6a und durch eine zweite Abschlusskontur 6b beschränkt ist. Die Kugel 3 ist zwischen der ersten und der zweiten Abschlusskontur 6a, b formschlüssig und damit verliersicher angeordnet. Jedoch ergibt sich aus der 1, dass die Kugel 3 mit einem Axialspiel in der Aufnahmetasche 5 angeordnet ist, sodass sich die Kugel 3 mindestens in axialer Richtung zu der Taschenachse T bewegen kann. Die erste Abschlusskontur 6a bildet eine umlaufende Kontaktlinie 7 mit der Kugel 3 aus. Die Kontaktlinie 7 ist koaxial zu der Taschenachse T angeordnet. Der freie Durchmesser der ersten Abschlusskontur 6a beziehungsweise der Kontaktlinie 7 ist kleiner als der Durchmesser D der Kugel 3, sodass diese in Richtung der ersten Abschlusskontur 6a formschlüssig in der Aufnahmetasche 5 gefangen ist.
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Die Kugel 3 ist jedoch auch durch die zweite Abschlusskontur 6b formschlüssig in der Aufnahmetasche 5 gehalten. Auch diese definiert einen freien Durchgang mit einem ersten Teilkreisdurchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser D der Kugel 3 gewählt ist.
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Die 2a zeigt eine schematische Draufsicht auf den Käfig 4 im Bereich einer der Aufnahmetaschen 5. In der Darstellung ist zu erkennen, dass die zweite Abschlusskontur 6b durch drei Haltenasenabschnitte 8a, b, c gebildet ist, welche in Umlaufrichtung um die Taschenachse T regelmäßig verteilt sind. Die Haltenasenabschnitte 8a, b, c sind als Schnappnasenabschnitte ausgebildet und weisen einen freien Durchmesser S auf, welcher kleiner als der Durchmesser D der Kugel 3 ausgebildet ist. In Umlaufrichtung um die Taschenachse T sind zwischen den Haltenasenabschnitte 8a, b, c Durchgangsabschnitte 9a, b, c angeordnet, welche gegenüber den Haltenasenabschnitten 8a, b, c radial nach außen versetzt angeordnet sind.
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Genauer betrachtet haben die Haltenasenabschnitte 8a, b, c einen gemeinsamen freien Durchmesser S und sind in deren Verlauf, insbesondere im Bereich einer Anlagelinie an die Kugel 3 mit dem gemeinsamen Durchmesser S bzw. Radius S/2 ausgestattet. Die Durchgangsabschnitte 9a, b, c weisen jeweils eine Krümmung auf, welche als eine Kreislinie um eine Bearbeitungsachse Ba, Bb, Bc ausgebildet ist, wobei die Bearbeitungsachsen Ba, Bb, Bc parallel versetzt zu der Taschenachse T angeordnet ist. Vorzugsweise hat die Kreislinie jeweils den Durchmesser S bzw. den Radius S/2. Bei der Fertigung des Käfigs 4 können somit wahlweise erst die Durchgangsabschnitte 9a, b, c und nachfolgend die Haltenasenabschnitte 8a, b, c gefertigt werden oder zunächst die Haltenasenabschnitte 8a, b, c und nachfolgend die Durchgangsabschnitte 9a, b, c gefertigt werden. Die Fertigung erfolgt dabei durch ein spanendes Verfahren, in diesem Beispiel durch ein Fräsverfahren.
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Die Haltenasenabschnitte 8a, b, c sind in Bezug auf deren radialen Verlauf so ausgebildet, dass die Kugel 3 in die Aufnahmetasche 5 eingeschnappt werden kann.
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In der 3 ist die Aufnahmetasche 5 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung gezeigt, wobei zu erkennen ist, dass die erste Abschlusskontur 6a eine umlaufend geschlossene Anlagelinie bildet und die zweite Abschlusskontur 6b durch die drei Haltenasenabschnitte 8a, b, c gebildet ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Wände der Haltenasenabschnitte 8a, b, c als gerade Zylindermantelflächen ausgebildet sind, welche koaxial zu der Taschenachse T ausgerichtet sind. In gleicher Weise sind die Wände der Durchgangsabschnitte 9a, b, c als gerade Zylindermantelflächen ausgebildet, welche jedoch koaxial zu den jeweils zugeordneten Bearbeitungsachsen B ausgerichtet sind. In der Darstellung ist ferner zu erkennen, dass die axiale Dicke der Haltenasenabschnitte 8a, b, c, insbesondere in Bezug auf die Mitte der Haltenasenabschnitte 8a, b, c in Umlaufrichtung, kleiner als die axiale Dicke der Durchgangsabschnitte 9a, b, c, insbesondere in Bezug auf die Mitte der Durchgangsabschnitte 9a, b, c in Umlaufrichtung, ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialkugellager
- 2a, b
- Lagerscheiben
- 3
- Kugeln
- 4
- Käfig
- 5
- Aufnahmetasche
- 6a, b
- Abschlusskonturen
- 7
- Kontaktlinie
- 8a, b, c
- Haltenasenabschnitte
- 9a, b, c
- Durchgangsabschnitte
- B
- Bearbeitungsachse
- D
- Durchmesser
- S
- erster Teilkreisdurchmesser
- H
- Hauptdrehachse
- T
- Taschenachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008004033 A1 [0003]
