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Die Erfindung betrifft ein Rollenlager zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers, umfassend einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper die radial zwischen dem Innen- und Außenring angeordnet sind, wobei der Innenring zur Führung der Wälzkörper ein erstes und zweites Bord aufweist.
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Ein Hubschrauberhauptgetriebe besteht üblicherweise aus mindestens einer Antriebswelle, Heckrotorabtriebswelle und mindestens einem Rotormast. Gewisse Hubschrauber haben keine gelenkig gelagerten Rotorblätter, so dass Kräfte wie beispielsweise Biegung, Zug und Scherung und Vibrationen der Rotorblätter unmittelbar in den Rotormast eingeleitet werden. Die dabei entstehenden Belastungen werden durch ein oder mehrere Lager des Rotormasts aufgenommen. Aufgrund der hohen Belastungen bei derartigen Hubschraubern werden Rotormasten zudem leicht ausbaubar ausgelegt.
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Ein solches Lager, das beispielsweise einen Innenring und einen Außenring umfassen kann, muss axial gesichert werden. Dabei kommen insbesondere in der Luftfahrt regelmäßig zwei konstruktive Methoden in Betracht. Nach einer ersten Methode wird der Rotormast üblicherweise lediglich durch eine unterhalb eines unteren Lagers befindliche Mastmutter gesichert und kann nach Lösen der Mastmutter nach oben aus einem den Rotormast aufnehmenden und insbesondere ein oberes Lager abstützenden Lagerkranz herausgezogen werden, um den Rotormast im Rahmen von Wartungsarbeiten auf Defekte zu inspizieren. Der grundsätzliche Aufbau des Rotormasts ist beispielsweise in der
DE19944412C2 beschrieben. Durch diese Methode wird eine Fixierung eines einzelnen Innenrings durch die Mastmutter beziehungsweise Wellenmutter erreicht. Nachteilig daran ist, dass das Gewinde eine erhebliche Kerbwirkung erzeugt, was sich negativ auf die Tragfähigkeit der Bauelemente auswirkt. Der Rotormast muss in einem solchen Fall verstärkt ausgeführt werden und wird dadurch schwerer.
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Eine zweite Methode sieht vor, zwischen einem unteren und einem oberen Lager ein Distanzrohr anzuordnen. So ist aus der
DE102012203178 eine Kraftübertragungseinrichtung bekannt, bei welcher zwischen dem unteren und dem oberen Wälzlager ein Distanzrohr angeordnet ist, welches einen ersten und einen zweiten Längenabschnitt aufweist, wobei der zweite Längenabschnitt gegenüber dem ersten Längenabschnitt eine erhöhte Biegeelastizität aufweist. Das Distanzrohr dieser Kraftübertragungseinrichtung zeichnet sich allerdings durch einen hohen Fertigungsaufwand aus.
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Aus der
DE102014216695A1 ist ein Distanzrohr für eine Kraftübertragungseinrichtung eines Drehflügelflugzeugs bekannt, welches eine mäandrierende Querschnittsgestalt und mehrere miteinander verbundene gerade Kegelstumpfringsegmente mit einer Grundfläche und einer Deckfläche aufweist.
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Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass das Distanzstück beziehungsweise Distanzrohr oder Distanzbuchse zum Verschleiß neigt, was einen Verlust an Vorspannung hervorruft und möglicherweise zu einem Schaden am Getriebe führen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rollenlager zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein konstruktiv einfache und kostengünstiges Rollenlager bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt ist es, ein erstes und ein zweites System zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist es, eine Welle mit einer solchen zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass der Außenring ein dem ersten oder dem zweiten Bord radial gegenüberliegendes drittes Bord aufweist, dass ausgebildet ist, die Wälzkörper an einer von zwei Stirnseiten zu führen.
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Unter einer Welle ist ein, üblicherweise aber nicht ausschließlich stabförmiges Maschinenelement zu verstehen, das ausgebildet ist, Drehbewegungen und/oder Drehmomente weiterzuleiten und/oder rotierende Teile zu lagern.
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Fixieren kann sowohl ein Festhalten einer Position oder Lage eines Bauelements als auch eine Befestigung eines Bauelements bedeuten. Axial fixiert bedeutet, dass eine Bewegung des fixierten Bauelements in axialer Richtung verhindert wird. Es kann auch bedeuten, dass eine Bewegung des fixierten Bauelements auf einen bestimmten Bereich in axialer Richtung begrenzt wird und somit etwas Spiel zugelassen wird.
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Das Rollenlager bzw. Zylinderrollenlager ist ein an sich bekanntes Wälzlager bei dem zwei zueinander bewegliche Bauelemente, der sogenannte Innenring sowie der Außenring, durch rollende Körper beziehungsweise Wälzkörper getrennt werden. Im Betrieb rollen diese Wälzkörper zwischen Innen- und Außenring ab. Dies geschieht auf gehärteten Stahlflächen, den sogenannten Laufbahnen.
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Das Zylinderrollenlager hat eine große radiale Tragfähigkeit, allerdings ist es in axialer Richtung nicht bzw. nur sehr wenig belastbar. Wälzkörper von Zylinderrollenlagern können insbesondere Kreiszylinder sind.
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Das Zylinderrollenlager hat zwei feste Borde am Innenring und eine Borde am Außenring. Das Lager lässt zwischen Welle und Gehäuse Axialverschiebungen innerhalb des Lagers in beiden Richtungen zu. Ein Bord kann als ein Begrenzungsmittel verstanden werden, das die Wälzkörper bzw. einen Wälzkäfig auf den Laufbahnen zwischen Innen und Außenring hält führt.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die Erfindung eine konstruktiv einfache, kompakt bauende und insbesondere kostengünstige Lagersicherungsvorrichtung bereitgestellt werden kann. In vorteilhafter Weise verhindert die Erfindung die negativen Auswirkungen der Kerbwirkung bei Verwendung einer Wellenmutter als auch den möglichen verschleißbedingten Verlust der Vorspannung bei Verwendung eines Distanzrohrs zur Sicherung des Lagers. Zudem kommt die Erfindung gänzlich ohne Kerbungen aus, sodass auch kein Kerbwirkungsfaktor aus der Abstützung der Sicherung des Innenrings entsteht.
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In einer ersten Ausführungsform ist der Außenring mittels eines Verbindungsmittels an einer ersten Stirnseite mittels eines Verbindungsmittels gehäusefest verbindbar und das dritte Bord des Außenrings an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite angeordnet.
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Der axial, insbesondere mittels Schraubverbindung befestigte Außenring hält mittels der Borde die Wälzkörper bzw. den Käfig axial begrenzt, wodurch der Innenring axial fixiert wird. Diese Ausführungsform hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil sie eine einfache Montage ermöglicht.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers, vorgesehen, das System umfassend:
- - ein Rollenlager, das ausgebildet ist, ein erstes Ende einer drehbaren Welle aufzunehmen,
- - ein Lagerpaket, das ausgebildet ist, ein zweites Ende der drehbaren Welle aufzunehmen,
- - eine Summenwelle, die ausgebildet ist, eine Antriebsleistung an die Welle zu übertragen und axial zwischen dem Rollenlager und dem Lagerpaket anordenbar ist, wobei die Summenwelle ein Mittel zur formschlüssigen Verbindung mit dem ersten Lagerpaket aufweist,
- - wobei das Rollenlager einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper, die radial zwischen dem Innen- und Außenring angeordnet sind, umfasst, wobei der Innenring (5a) zur Führung der Wälzkörper ein erstes und zweites Bord aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring ein dem ersten oder dem zweiten Bord radial gegenüberliegendes drittes Bord aufweist, dass ausgebildet ist, die Wälzkörper an einer von zwei Stirnseiten zu führen.
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Das Rollenlager ist in axialer Richtung gesehen das obere Lager der Welle, das Lagerpaket ist das untere Lager der Welle. Das Lagerpaket umfasst in der Regel ein Zylinderrollenlager und ein Kugellager, bevorzugt ein Vierpunktlager, nach dem Stand der Technik. Durch das Kugellager können insbesondere Axialkräfte und durch das Zylinderrollenlager können insbesondere Radialkräfte aufgenommen werden.
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Die Summenwelle überträgt die Antriebsleistung von der Antriebseinheit bzw. den Antriebseinheiten auf die Welle, insbesondere die Rotorwelle. Mittels einer formschlüssigen Verbindung ist die Summenwelle mit der Welle, insbesondere der Rotorwelle verbindbar, wobei hierzu die Summenwelle beispielsweise mittels einer Klemm- oder Steckverbindung zwischen Lagerpaket und Welle angeordnet werden kann. Der Aspekt der Verbindung der Summenwelle mit dem Lagerpaket ist Stand der Technik, sodass nicht näher drauf eingegangen werden muss.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist der Außenring (5b) an einer ersten Stirnseite mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere einer Schraubverbindung gehäusefest verbindbar ist und dass das dritte Bord (9) des Außenrings (5b) an der der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite angeordnet ist.
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Bevorzugt ist ein System bei dem ein Stahlring vorgesehen ist, der radial zwischen dem Mittel und der zu lagernden Welle anordenbar ist.
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Der Stahlring verhindert ein Rutschen der Welle nach unten, wodurch die Aufnahme des Lagerpakets verbessert wird. Dies entlastet das Rollenlager, d.h. das obere Lager, wenn so genannte negative Kräfte, also Kräfte in Richtung der Hubschrauberzelle entstehen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers, vorgesehen, das System umfassend:
- - ein Rollenlager, das ausgebildet ist, ein erstes Ende einer drehbaren Welle aufzunehmen,
- - ein Lagerpaket, das ausgebildet ist, ein zweites Ende der drehbaren Welle aufzunehmen,
- - eine Summenwelle, die ausgebildet ist, eine Antriebsleistung an die Welle zu übertragen und axial zwischen dem Rollenlager und dem Lagerpaket anordenbar ist, wobei die Summenwelle ein Mittel zur formschlüssigen Verbindung der Summenwelle mit dem ersten Lagerpaket aufweist,
- - wobei das Rollenlager einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper, die radial zwischen dem Innen- und Außenring angeordnet sind, umfasst, wobei der Innenring zur Führung der Wälzkörper ein erstes und zweites Bord aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Summenwelle ein Mittel aufweist, das ausgebildet ist, ein Wandern des Innenrings in axialer Richtung zu verhindern.
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Darüber hinaus ist ein System bevorzugt, das System umfassend:
- - ein Rollenlager, das ausgebildet ist, ein erstes Ende einer drehbaren Welle aufzunehmen,
- - ein Lagerpaket, das ausgebildet ist, ein zweites Ende der drehbaren Welle aufzunehmen,
- - eine Summenwelle, die ausgebildet ist, eine Antriebsleistung an die Welle zu übertragen und axial zwischen dem Rollenlager und dem Lagerpaket anordenbar ist, wobei die Summenwelle ein Mittel zur formschlüssigen Verbindung der Summenwelle mit dem ersten Lagerpaket aufweist,
- - wobei das Rollenlager einen Innenring, einen Außenring und Wälzkörper, die radial zwischen dem Innen- und Außenring angeordnet sind, umfasst, wobei der Innenring zur Führung der Wälzkörper ein erstes und zweites Bord aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlring vorgesehen ist, der radial zwischen dem Mittel und der zu lagernden Welle anordenbar ist.
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Im Unterschied zu den oben beschrieben Systemen, weisen die zuletzt geannten ein Rollenlager nach dem Stand der Technik auf, d.h. der Innenring weist zwei feste Borde auf während der Außenring bordenlos ausgeführt ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist eine Welle, insbesondere Rotorwelle vorgesehen, die ein erfindungsgemäßes Rollenlager aufweist.
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Nach einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Welle, insbesondere Rotorwelle vorgesehen die ein erfindungsgemäßes System zur Lagerung einer drehbaren Welle, insbesondere einer Rotorwelle eines Hubschraubers aufweist.
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Die Erfindung, ihre Ausführungsformen und die weiteren Aspekte der Erfindung bieten einen Kostenvorteil, insbesondere in der Serienproduktion und Wartung des Getriebes, da ein Bauteil entfällt - entweder das Distanzrohr oder Gewinde mit Mutter - und keine Verschleißteile ausgetauscht werden müssen. Zudem wird das Gewicht reduziert, was sich vorteilhaft auf den Verbrauch auswirkt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren näher erläutert:
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Es zeigen
- 1 ein Wälzlager zur Lagerung einer Rotorwelle mit einem Distanzrohr nach dem Stand der Technik;
- 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;
- 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems nach einem ersten Aspekt der Erfindung; und
- 4 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems nach einem weiteren Aspekt der Erfindung.
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1 zeigt eine als Hauptrotorwelle eines Hubschraubers ausgebildete Welle 1, die links an einem Lagerpaket 11 und rechts an einem Rollenlager 5 drehbar gelagert ist. In axialer Richtung gesehen bildet das Lagerpaket ein unteres Lager und das Rollenlager 5 ein oberes Lager. Das Lagerpaket 11 umfasst ein Zylinderrollenlager 11a und ein Vierpunktlager 11b.
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Das mit einer Schraubenverbindung an einem nicht dargestellten Gehäuse festgesetzte Zylinderrollenlager 11a umfasst in an sich bekannter Weise einen Innenring, einen Außenring und einen Wälzkäfig mit insbesondere kreiszylinderförmigen Wälzkörpern, die radial zwischen Innen- und Außenring laufen. Das Zylinderrollenlager 11a hat eine große radiale Tragfähigkeit, allerdings ist es in axialer Richtung nur wenig belastbar. Zur Aufnahme dieser Kräfte ist das Vierpunktlager 11b vorgesehen.
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Das Vierpunktlager 11b ist ein einreihige Radial-Schrägkugellager, deren Laufbahnen so ausgebildet sind, dass Axialbelastungen in beiden Richtungen aufgenommen werden können. Radiale Belastungen können nur bis zu einem Bruchteil der axialen Belastung aufgenommen. Das Vierpunktlager 11b hat einen geteilten Innenring und ist nicht selbsthaltend. Der geteilte Innenring ermöglicht die Aufnahme mehrerer Kugeln im Lager wodurch sich eine relativ hohe Tragfähigkeit ergibt.
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Das obere Rotormastlager 5 umfasst einen Innenring 5a, einen Außenring 5b und einen Wälzkörperkäfig mit Wälzkörpern 5c, der radial zwischen Innen- und Außenring 5a, 5b angeordnet ist. Der Außenring 5b ist mittels einer Schraubenverbindung über einen Dichtungsträger bzw. Buchse 3 gehäusefest (nicht dargestellt) montiert. Radial zwischen der Welle 1 und dem Dichtungsträger bzw. der Buchse 3 sind ein Laufring 2 und ein Wellendichtring 4 angeordnet, wobei der Laufring 2 mit der Welle 1 mitdreht. Der Innenring 5a weist zwei feste Borde 7, 8 auf die die Wälzkörper 5c führen.
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Zu erkennen ist, dass das Rollenlager 5 durch ein Zusammenwirken der Elemente Dichtungsträger 3, Wellendichtring 4 und Laufring 2 mit der Welle 1 nach axial rechts fixiert ist und dass der Innenring 5a, der sich gegenüber der Lastrichtung dreht, nicht wie üblich mit einer Presspassung an der Welle 1 montiert ist.
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Die Summenwelle 17 überträgt ein Antriebsmoment zweier nicht dargestellter Getriebe auf die Rotorwelle 1. Die Summenwelle 17 ist hierzu mit einer Steck- bzw. Klemmverbindung mittels eines Steckarms 17a formschlüssig zwischen Lagerpaket 11 und Rotorwelle 1 gesteckt bzw. geklemmt und mittels einer Wellenmutter 20 axial fixiert. Der Steckarm 17a und die Summenwelle 17 sind einteilig ausgebildet.
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Um während des Betriebs ein Wandern des Innenrings 5a zu verhindern bzw. abzustützen ist ein Distanzrohr 10 vorgesehen, das koaxial zur Rotorwelle angeordnet ist und das Lagerpaket 11 zu dem Rollenlager 5 bzw. zum Innenring 5a auf Distanz hält. Hierzu wirkt das Distanzrohr 10 mit dem Steckarm 17a derart zusammen, dass das Distanzrohr in axialer Richtung auf einen Absatz der Steckverbindung 17a an der Sammelwelle 17 drückt und die Kraft so durch das Vierpunktlager 11b verläuft. Dadurch ist der Innenring 5a und somit auch das Rollenlager 5 gegen axiales Verrutschen nach links bzw. unten gesichert.
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Diese im Stand der Technik bekannte Lösung mittels Distanzrohr neigt stark zum Verschleiß, was einen Verlust an der Vorspannung hervorrufen und zu einem Schaden am Getriebe führen kann.
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Für die weiteren Figuren wird aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet, Bezugszeichen zu wiederholen. Sie gelten sinngemäß.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Rollenlager in einer bevorzugten Ausführungsform. Zugleich zeigt 2 ein System zur Lagerung einer Welle in einer bevorzugten Ausführungsform. Zudem zeigt 2 eine Welle mit einem System zur Lagerung einer Welle in einer bevorzugten Ausführungssform.
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Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß 1 weist der Außenring 5b des erfindungsgemäßen Rollenlagers 5 ein drittes Bord 9 auf. Weil der Außenring 5a gehäusefest befestigt ist, hält die Borde 9 die Wälzkörper und damit auch den Innenring 5a. Der Innenring 5a kann nicht nach axial links bzw. unten abgezogen werden. Das Bord 9 übernimmt sozusagen die Funktion des Distanzstücks aus 1.
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Zudem ist in 2 ein Verzahnungsauslauf 14 und eine Nase 15 der Sammelwelle 17 dargestellt. Die Nase 15 ist an der Rotorwelle 1 abgestützt.
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3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 2 ein Stahlring 13 vorgesehen ist, der im Verzahnungsauslauf 14 radial zwischen dem Steckarm 17a und der Rotorwelle 1 angeordnet.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform bei der im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 3 zusätzlich zum Stahlring 13 ein Mittel 16 aufweist, um ein axiales Abrutschen des Innenrings 5a zu verhindern. Bei dem Mittel 16 handelt es sich um einen Anlagebereich der koaxial zur Rotorwelle 1 angeordnet ist und axial unmittelbar an den Innenring 5a angrenzt. Die Summenwelle 17 ist mit dem Steckarm 17a, der Nase 15 und dem Anlagebereich 16 einteilig ausgebildet.
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Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass auf ein drittes Bord 9 verzichtet werden kann. Die Funktion des Bords 9 wird in dieser Ausführungsform von dem Anlagebereich 16 der Summenwelle 17 übernommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle, Rotorwelle
- 2
- Laufring
- 3
- Dichtungsträger, Buchse
- 4
- Wellendichtring
- 5
- Rollenlager, Zylinderrollenlager
- 5a
- Innenring
- 5b
- Außenring
- 5c
- Wälzkörper, Wälzkäfig
- 6
- Verbindungsmittel, Schraubenverbindung
- 7
- erstes Bord
- 8
- zweites Bord
- 9
- drittes Bord
- 10
- Distanzrohr, Distanzstück
- 11
- Lagerpaket
- 11a
- Zylinderrollenlager
- 11b
- Vierpunktlager
- 12
- Wellenmutter
- 13
- Stahlring
- 14
- Verzahnungsauslaufzone
- 15
- Nase
- 16
- Mittel, Anlagebereich
- 17
- Summenwelle
- 17a
- Mittel zur formschlüssigen Verbindung, Steckarm, Klemmarm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19944412 C2 [0003]
- DE 102012203178 [0004]
- DE 102014216695 A1 [0005]
