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Die Erfindung betrifft ein Zylinderrollenlager, vorzugsweise für Großlageranwendungen, aufweisend einen Lageraußenring mit einer Lageraußenringlaufbahn, einen koaxial darin angeordneten Lagerinnenring mit einer Lagerinnenringlaufbahn, und zwischen dem Lageraußenring sowie dem Lagerinnenring angeordnete, in einem metallischen Wälzlagerkäfig geführte Zylinderrollen, wobei die Lagerinnenringlaufbahn von wenigstens einem seitlichen Führungsbord begrenzt ist, wobei der Wälzlagerkäfig einstückig aus zwei zueinander beabstandet angeordneten Seitenringen und diese verbindende Bügelstege gebildet ist, wobei durch die beiden Seitenringe und jeweils zwei unmittelbar benachbarte Bügelstege Wälzkörpertaschen zur Aufnahme jeweils einer Zylinderrolle gebildet sind, und bei dem an wenigstens einem Seitenring eine nach radial innen weisende Führungsfläche vorhanden ist, mittels welcher der Seitenring an einer zugeordneten, nach radial außen weisenden Führungsfläche des wenigstens einen Führungsbords radial geführt ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Wälzlagerkäfig für ein solches Zylinderrollenlager.
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Ein derartiger Wälzlagerkäfig für ein Zylinderrollenlager ist aus der
DE 10 2006 057 512 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um einen Wälzlagerkäfig für Wälzlager mit einem Wellendurchmesser größer als 100 mm, das heißt, mit einer Bohrungskennzahl größer 20. Der Käfig besteht aus einem profilierten Stahlblech mit einer Vielzahl von Wälzkörpertaschen zur Aufnahme von Wälzkörpern, die durch zwei zueinander parallele Außenringe und zwischen den Außenringen verlaufende Bügelstege gebildet sind. Die Bügelstege weisen jeweils zwei axial äußere Stegteile und ein axial inneres Stegteil auf, die durch radial schräg verlaufende Abschnitte miteinander verbunden sind. Das Stahlblech hat eine Dicke, die kleiner als das 0,1-fache des Wälzkörperdurchmessers ist. Schwerpunktmäßig kommt dieser Wälzlagerkäfig für Lagergrößen mit einem Wellendurchmesser zwischen 150 und 260 mm zur Anwendung, wobei bei diesem Wälzlagerkäfig alle Führungsarten realisiert sein können, beispielsweise radial außen geführt, radial innen geführt oder auch wälzkörpergeführt.
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Der Wälzlagerkäfig ist sehr filigran gestaltet, so dass sich eine größere Anzahl Wälzkörper als in konventionellen Messingmassivkäfigen unterbringen lässt, wodurch die Tragzahlen des Zylinderrollenlagers als recht gut zu bezeichnen sind.
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Dieser Wälzlagerkäfig hat sich im Einsatz bewährt, jedoch wurde im festgestellt, dass er im Hinblick auf hohe Stoßbelastungen eine zu geringe Steifigkeit aufweist, so dass der Erfindung vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde liegt, ein Zylinderrollenlager für Großlageranwendungen vorzustellen, dessen Tragzahlen durch eine zwar filigrane aber dennoch robuste Gestaltung des Wälzlagerkäfigs verbessert sind, insbesondere für Zylinderrollenlager mit einer Bohrungskennzahl von 20 und mehr, sowie mit der Möglichkeit, auch bei schmalen Lagerbaureihen mit quadratischen Zylinderrollen eine genaue Führung der Zylinderrollen zu erreichen. Demzufolge sollen auch die konstruktiven Merkmale eines solchen Wälzlagerkäfigs angegeben werden.
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Gelöst wir diese Aufgabe zunächst durch ein Zylinderrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der unabhängige Anspruch 3 definiert einen Wälzlagerkäfig, der für dieses Zylinderrollenlager besonders geeignet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen genannt.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Zylinderrollenlager, vorzugsweise für Großlageranwendungen, aufweisend einen Lageraußenring mit einer Lageraußenringlaufbahn, einen koaxial darin angeordneten Lagerinnenring mit einer Lagerinnenringlaufbahn, und zwischen dem Lageraußenring sowie dem Lagerinnenring angeordnete, in einem metallischen Wälzlagerkäfig geführte Zylinderrollen, wobei die Lagerinnenringlaufbahn von wenigstens einem seitlichen Führungsbord begrenzt ist, wobei der Wälzlagerkäfig einstückig aus zwei zueinander beabstandet angeordneten Seitenringen und diese verbindende Bügelstege gebildet ist, wobei durch die beiden Seitenringe und jeweils zwei unmittelbar benachbarte Bügelstege Wälzkörpertaschen zur Aufnahme jeweils einer Zylinderrolle gebildet sind, und bei dem an wenigstens einem Seitenring eine nach radial innen weisende Führungsfläche vorhanden ist, mittels welcher der Seitenring an einer zugeordneten, nach radial außen weisenden Führungsfläche des wenigstens einen Führungsbords radial geführt ist.
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Zur Lösung der das Zylinderrollenlager betreffenden Aufgabe ist vorgesehen, dass die Seitenringe im Querschnitt als C-Profile ausgebildet sind, mit jeweils einem radial innen angeordneten koaxialen Schenkel und einem radial außen angeordneten koaxialen Schenkel, welche zur Bildung des jeweiligen Seitenrings mittels jeweils einem radial ausgerichteten und axial außen angeordneten Radialsteg miteinander verbunden sind, dass wenigstens einer der radial inneren Schenkel der Seitenringe eine als eine radiale Führungsfläche ausgebildete Innenfläche aufweist, die an der wenigstens einen radialen Führungsfläche des zugeordneten Führungsbords radial geführt ist, dass die Bügelstege mit dem jeweils zugeordneten radial äußeren Schenkel einstückig verbunden sind, dass die Bügelstege nach radial außen ausgekröpft ausgebildet sind, dass die Führung der Zylinderrollen in den Wälzkörpertaschen in Umfangsrichtung des Wälzkörperkäfigs an den Bügelstegen im Bereich der radial äußeren Schenkel und in axialer Richtung der Zylinderrollen wenigstens an axialen Endflächen der radial äußeren Schenkel erfolgt.
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Bei einem solchen Zylinderrollenlager kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Lagerinnenring zwei beabstandete Führungsborde aufweist, zwischen denen die Zylinderrollen axial geführt sind, und dass jeder der Führungsborde eine radiale Führungsfläche aufweist, an denen der Wälzlagerkäfig mit an den radial inneren Schenkeln der Seitenringe angeordneten komplementären Führungsflächen geführt ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen Wälzlagerkäfig, welcher zur Nutzung in dem beschriebenen Zylinderrollenlager optimal geeignet ist. Hierzu geht die Erfindung aus von einem gattungsgemäßen Wälzlagerkäfig für ein Zylinderrollenlager, welcher einstückig aus zwei zueinander beabstandet angeordneten Seitenringen und diese verbindende Bügelstege gebildet ist, wobei durch die beiden Seitenringe und jeweils zwei unmittelbar benachbarte Bügelstege Wälzkörpertaschen zur Aufnahme der Zylinderrollen gebildet sind, und bei dem an wenigstens einem Seitenring eine nach radial innen weisende Führungsfläche vorhanden ist, mittels welcher der Seitenring an einer zugeordneten, nach radial außen weisenden Führungsfläche eines Führungsbords eines Lagerinnenrings des Zylinderrollenlagers radial führbar ist.
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Gemäß der Erfindung ist bei diesem Wälzlagerkäfig vorgesehen, dass die Seitenringe im Querschnitt als C-Profile ausgebildet sind, mit jeweils einem radial innen angeordneten koaxialen Schenkel und einem radial außen angeordneten koaxialen Schenkel, welche zur Bildung des jeweiligen Seitenrings mittels jeweils einem radial ausgerichteten und axial außen angeordneten Radialsteg miteinander verbunden sind, dass wenigstens einer der radial inneren Schenkel der Seitenringe eine als eine radiale Führungsfläche ausgebildete Innenfläche aufweist, die an der wenigstens einen radialen Führungsfläche des zugeordneten Führungsbords radial führbar ist, dass die Bügelstege mit dem jeweils zugeordneten radial äußeren Schenkel einstückig verbunden sind, dass die Bügelstege nach radial außen ausgekröpft ausgebildet sind, und dass die Führung der Zylinderrollen in den Wälzkörpertaschen in Umfangsrichtung des Wälzkörperkäfigs an den Bügelstegen im Bereich der radial äußeren Schenkel sowie in axialer Richtung der Zylinderrollen wenigstens an axialen Endflächen der radial äußeren Schenkel erfolgt.
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Durch die Ausbildung der Seitenringe als C-Profile ist bei vergleichsweise filigraner Bauform eine robuste Steifigkeit des Wälzlagerkäfigs für höchste Ansprüche erreicht, ohne dass sich dadurch die Anzahl der im Wälzlagerkäfig unterzubringenden Zylinderrollen gegenüber dem eingangs referierten Stand der Technik vermindert, da sich im erfindungsgemäßen Zylinderrollenlager bei gleicher Steifigkeit des Wälzlagerkäfigs bis zu zwei zusätzliche Zylinderrollen im Vergleich zu einem Standardkäfig aus Messing verbauen lassen. Gegenüber dem Standard-Messingkäfig ergeben sich verminderte Herstellkosten in der Serienfertigung, erhöhte Tragzahlen des Zylinderrollenlagers, geringe Lagertemperaturen aufgrund einer guten Schmiermitteldurchflussrate durch den Käfig, eine verbesserte Kinematik aufgrund einer optimierten Rollenführung sowie ein einfacherer Zusammenbau des Zylinderrollenlagers aufgrund einer verbesserten Halterung der Zylinderrollen im erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfig.
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Eine reibungsarme und präzise Führung der Zylinderrollen durch den Wälzlagerkäfig lässt sich dadurch erreichen, dass die Bügelstege mit den radial äußeren Schenkeln der Seitenringe über kurze, in der Ebene der radial äußeren Schenkel verlaufende Stegabschnitte verbunden sind, an denen die Zylinderrollen in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs außerhalb des Lagerteilkreises geführt sind. Hierdurch lassen sich die kurzen Stegabschnitte und die Bügelstege breiter ausbilden, als wenn sie bei einer Führung der Zylinderrollen im Lagerteilkreis angeordnet wären, was zur Erhöhung der im erfindungsgemäßen Zylinderrollenlager unterzubringenden Zylinderrollen bei gleichzeitiger Verbesserung der Steifigkeit des Wälzlagerkäfigs beiträgt.
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Um eine möglichst geringe Reibung mit guter Schmierbarkeit zu gewährleisten, beträgt die Länge der kurzen Stegabschnitte einschließlich der Bereichsgrenzen etwa 10% bis 15% der axialen Länge der Zylinderrollen, vorzugsweise jedoch 5% bis 10%. Dies ist vorteilhaft in Verbindung mit Bügelstegen, die einen radial nach außen gerichteten Bügelvorsprung mit einer Höhe von etwa 10% bis 20%, vorzugsweise jedoch 5% bis 15% des Durchmessers der Zylinderrollen aufweisen, und zwar jeweils einschließlich der Bereichsgrenzen.
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Etwa mittig an den beiden in Lagerumfangsrichtung weisenden Seiten der Bügelstege können an diesen Haltenasen ausgebildet sein, über die sich die Zylinderrollen auf einfache Weise in die jeweils zugeordnete Wälzkörpertasche einschnappen lassen, und durch welche die Zylinderrollen in den Wälzkörpertaschen gegen ein Herausfallen gehalten werden.
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Um einen guten Schmiermitteldurchfluss und eine gewisse Gewichtsreduzierung des Wälzlagerkäfigs zu erreichen, können in den die Schenkel verbindenden Radialstege der Seitenringe axiale Öffnungen eingebracht sein.
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Durch eine Abstimmung der Abmessungen der Seitenringe und der diese verbindenden Bügelstege in der Weise, dass sich im Großlager mit einer Bohrungskennzahl größer 20 bis zu zwei Zylinderrollen mehr als im Vergleich zu Standardzylinderrollenlager mit Messingkäfig einbauen lassen, lässt sich dadurch sowohl die statische als auch die dynamische Tragzahl des Zylinderrollenlagers erhöhen.
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So hat zum Beispiel ein Zylinderrollenlager mit einem Messingkäfig MP1B sechzehn Wälzkörpertaschen sowie eine dynamische Tragzahl von C = 2.480 kN und eine statische Tragzahl von C0 = 3.150 kN, während ein gleich dimensioniertes, erfindungsgemäßes Zylinderrollenlager achtzehn Wälzkörpertaschen aufweist und eine dynamische Tragzahl von C = 2.700 kN und eine statische Tragzahl von C0 = 3.550 kN erreicht, so dass die dynamische Tragzahl C um knapp 9% verbessert ist, während die statische Tragzahl C0 sogar um knapp 13% erhöht ist.
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Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig lässt sich je nach Größe des Zylinderrollenlagers mittels Blechumformung, insbesondere durch Tiefziehen, mittels allseitiger, mechanischer Bearbeitung und/oder mittels 3D-Druck herstellen, wobei diese Herstellungsverfahren miteinander kombinierbar sind und von der Fertigungslosgröße des jeweiligen Zylinderrollenlagers beeinflusst sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zylinderrollenlagers in einem teilweisen Radialschnitt,
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2 eine perspektivische Darstellung eines Wälzlagerkäfigs für das erfindungsgemäße Zylinderrollenlager in einem teilweisen Radialschnitt, und
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3 Axialschnittansicht durch den Wälzlagerkäfig gemäß 2.
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Von einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderrollenlager 1 ist in 1 ein teilweiser Radialschnitt dargestellt. Das Zylinderrollenlager 1 weist einen Lageraußenring 2 mit einem rechten Führungsbord 3 und eine Lageraußenringlaufbahn 4 auf. Koaxial zu und radial innerhalb des Lageraußenrings 2 ist ein Lagerinnenring 5 angeordnet, der auf der linken Seite einen ersten Führungsbord 6 mit einer ersten radialen Führungsfläche 6a und auf der rechten Seite einen zweiten Führungsbord 7 mit einer zweiten radialen Führungsfläche 7a aufweist. Zwischen den beiden Führungsborden 6, 7 verläuft eine Lagerinnenringlaufbahn 8. Das Zylinderrollenlager 1 weist einen Innendurchmesser 9 des Lagerinnenrings 5 von mindestens 100 mm entsprechend einer Bohrungskennzahl von 20 auf.
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Zwischen dem Lageraußenring 2 und dem Lagerinnenring 5 sind in einer Reihe Zylinderrollen 10 angeordnet, die durch einen Wälzlagerkäfig 11 auf Abstand gehalten und gegen Verkantung gegenüber dem Lageraußenring 2 und/oder dem Lagerinnenring 5 geführt sind.
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Die Zylinderrollen 10 rollen auf der Lageraußenringlaufbahn 4 sowie auf der Lagerinnenringlaufbahn 8 ab und sollen durch den Wälzlagerkäfig 11 möglichst genau und reibungsfrei geführt werden. Der Wälzlagerkäfig 11 besteht aus einem linken Seitenring 12 und einen rechten Seitenring 13, die als C-Profil ausgebildet sind, also eine C-förmige Querschnittsgeometrie aufweisen. Hierzu weist der linke Seitenring 12 einen radial inneren Schenkel 20 und einen radial äußeren Schenkel 21 auf, welche durch einen Radialsteg 23 verbunden sind. Dadurch schließen die beiden Schenkel 20, 21 und der Radialsteg 23 einen ringförmigen ersten Freiraum 12b zwischen sich ein (siehe 2). Dementsprechend weist der rechte Seitenring 13 einen radial inneren Schenkel 24, einen radial äußeren Schenkel 25 und einen diese verbindenden Radialsteg 26 auf, die einen ringförmigen zweiten Freiraum 13b zwischen sich einschließen. Diese beiden Freiräume 12b, 13b sind einseitig axial offen und die offenen Seiten sind axial zueinander gerichtet. Außerdem weisen die radial inneren Schenkel 20, 24 des linken Seitenrings 12 und des rechten Seitenrings 13 jeweils eine radial innere Führungsfläche 12a, 13a auf, die mit zugeordneten komplementären und daher nach radial außen weisenden Führungsflächen 6a, 7a an den Führungsborden 6, 7 des Lagerinnenrings 5 zusammenwirken, um den Wälzlagerkäfig 11 und damit die Zylinderrollen 10 im Zylinderrollenlager 1 radial zu führen.
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Der linke Seitenring 12 ist mit dem rechten Seitenring 13 durch nach radial außen abgekröpfte Bügelstege 14 einstückig verbunden, wobei zwischen dem linken Seitenring 12 und dem rechten Seitenring 13 im Bereich der radialen äußeren Schenkel 21, 25 kurze Stegabschnitte 15, 16 jeweils einen Übergangsabschnitt zu den Bügelstegen 14 bilden. Zwischen dem linken Seitenring 12 und dem rechten Seitenring 13 sowie den diese verbindenden Bügelstegen 14 sind Wälzkörpertaschen 19 gebildet, in die sich die Zylinderrollen 10 einschnappen lassen. Die Zylinderrollen 10 werden im Bereich der kurzen Stegabschnitte 15, 16 in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 11 mit geringem Spiel und geringer Reibung geführt. In axialer Richtung werden die Zylinderrollen 10 durch die ihnen zugewandten Endbereiche der radial inneren und radial äußeren Schenkel 20, 21 am linken Seitenring 12 und durch die ihnen zugewandten Endbereiche der radial inneren und äußeren Schenkel 24, 25 am rechten Seitenring 13 geführt.
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Der Außendurchmesser des Wälzlagerkäfigs 11 im Bereich der linken und rechten Seitenringe 12, 13 ist so bemessen, dass die Zylinderrollen 10 in Umfangsrichtung des Wälzlagerkäfigs 11 außerhalb des Lagerteilkreises geführt sind. Vorzugsweise beträgt die Länge der kurzen Stegabschnitte 15, 16 etwa 5% bis 10% der axialen Länge der Zylinderrollen 10, damit eine genaue Führung der Zylinderrollen 10 in Umfangsrichtung ohne Verkanten und bei geringer Reibung aufgrund einer ausreichenden Schmiermittelzufuhr gewährleistet ist.
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Um die Zylinderrollen 10 im Wälzlagerkäfig 11 gegen ein Herausfallen zu sichern, weisen die Bügelstege 14 einen radial nach außen gerichteten Bügelvorsprung H mit einer Höhe von etwa 5% bis 15% des Durchmessers der Zylinderrollen 10 auf. Zudem sind etwa mittig beiderseits an den Bügelstegen 14 Haltenasen 17 ausgebildet, über die sich die Zylinderrollen 10 in die zugeordnete Käfigtasche 19 einschnappen lassen, und durch sie in den Wälzkörpertaschen 19 gegen ein Herausfallen gehalten sind.
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In den die Schenkel 20, 21 des linken Seitenrings 12 und den die Schenkel 24, 25 des rechten Seitenrings 13 verbindenden Radialstegen 23, 26 sind Öffnungen 18 für einen guten Schmiermitteldurchfluss und zur Gewichtsreduzierung ausgebildet.
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Die Abmessungen der Seitenringe 12, 13 und die der Bügelstege 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich in Großlagern mit einer Bohrungskennzahl größer 20 bis zu zwei Zylinderrollen 10 mehr als im Vergleich zu Standard-Zylinderrollenlagern mit Messingkäfigen einbauen lassen, wodurch sich dadurch sowohl die statischen als auch die dynamischen Tragzahlen vorteilhaft erhöhen.
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Mittels einer radial nach außen weisenden Außenfläche 13c des rechten Seitenrings 13 kann sich der Wälzlagerkäfig 11 auch an dem einzigen Bord 3 des Lageraußenrings 2 nach radial außen abstützen.
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Der Wälzlagerkäfig 11 für das erfindungsgemäße Zylinderrollenlager 1 lässt sich mittels Blechumformung, insbesondere durch Tiefziehen, mittels mechanischer Bearbeitung oder mittels 3D-Druck herstellen, wobei, je nach Fertigungslosgröße und Bohrungskennzahl des Zylinderrollenlagers, die zwischen 20 und 30 betragen kann, auch eine Kombination dieser Herstellungsverfahren möglich ist.
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Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderrollenlager
- 2
- Lageraußenring
- 3
- Führungsbord am Lageraußenring
- 4
- Lageraußenringlaufbahn
- 5
- Lagerinnenring
- 6
- Erster, linker Führungsbord am Lagerinnenring
- 6a
- Radiale Führungsfläche am linken Führungsbord
- 7
- Zweiter, rechter Führungsbord am Lagerinnenring
- 7a
- Radiale Führungsfläche am rechten Führungsbord
- 8
- Lagerinnenringlaufbahn
- 9
- Innendurchmesser des Lagerinnenrings
- 10
- Zylinderrollen
- 11
- Wälzlagerkäfig
- 12
- Linker Seitenring
- 12a
- Radiale Führungsfläche des linken Seitenrings
- 12b
- Freiraum im linken Seitenring
- 12c
- Radiale Außenfläche
- 13
- Rechter Seitenring
- 13a
- Radiale Führungsfläche des rechten Seitenrings
- 13b
- Freiraum im rechten Seitenring
- 13c
- Radiale Außenfläche am rechten Seitenring
- 14
- Bügelstege
- 15
- Linker, kurzer Stegabschnitt
- 16
- Rechter, kurzer Stegabschnitt
- 17
- Haltenase
- 18
- Öffnung
- 19
- Wälzkörpertaschen
- 20
- Radial innerer Schenkel am linken Seitenring
- 21
- Radial äußerer Schenkel am linken Seitenring
- 23
- Radialsteg des linken Seitenrings
- 24
- Radial innerer Schenkel am rechten Seitenring
- 25
- Radial äußerer Schenkel am rechten Seitenring
- 26
- Radialsteg des rechten Seitenrings
- H
- Bügelvorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057512 A1 [0002]
