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Die vorliegende Erfindung betrifft das Umfeld der Wälzlager und ist insbesondere auf eine Lageranordnung gerichtet, um eine Seite eines verkippbaren Konverters zu lagern, die eine axiale Verlagerung des Lagers relativ zu seinem Gehäuse ermöglicht.
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Technischer Hintergrund
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Konverter werden in der Stahlproduktion üblicherweise in einem Achszapfenring gelagert, der einen ersten und einen zweiten Achszapfen an gegenüberliegenden Seiten des Rings aufweist, wobei jeder Achszapfen drehbar über die Lageranordnung gelagert ist. Einer der Achszapfen ist mit einem Antriebszahnrad verbunden, um den Achszapfenring und Konverter zu kippen, um geschmolzenes Metall, das in dem Konverter ist, auszugießen. Wie allgemein bekannt, wird der Achszapfen an der Antriebsseite durch eine Festlageranordnung gelagert, während der Achszapfen an der nicht angetriebenen Seite durch eine Loslageranordnung gelagert ist, die eine Expansion und Kontraktion des Achszapfenrings relativ zu den feststehenden Trägern ermöglicht. Die Lageranordnung muss außerdem hohe radiale Lasten und winklige Fehlstellungen aufnehmen.
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Ein Beispiel für eine derartige Loslageranordnung oder Expansionslageranordnung ist in der
US 3523714 offenbart. Die Anordnung weist ein doppelreihiges Pendelrollenlager auf, das in einem Gehäuse angebracht ist. Ein Innenring des Lagers ist mittels einer konischen Klemmhülse fest an dem Achszapfen angebracht, während ein Außenring des Lagers an dem Gehäuse über eine zylindrische Hülse angebracht ist, die eine axiale Verschiebung des Lagers relativ zu dem Gehäuse ermöglicht. Die Anordnung weist weiterhin eine Schutzbuchse auf, die aus einem härteren Material als die Gleitbuchse ausgebildet ist, die an der Gehäusebohrung angebracht ist und eine Gleitfläche für die Gleithülse ausbildet. Weiterhin sind Antirotationsmittel in der Form von axialen Nuten und dazu passenden Passformen bereitgestellt, um eine Rotation der Gleithülse relativ zu der Buchse zu verhindern, und umfängliche Nuten sind bereitgestellt, um die Einbringung von einem Schmiermittel zu ermöglichen.
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In einer alternativen Lösung wird ein toroidales Rollenlager, wie beispielsweise ein CARB®-Lager, das von SKF verkauft wird, in der Loslageranordnung verwendet. Diese Art von Lager kann hohen radialen Lasten widerstehen, winklige Fehlstellungen aufnehmen und hat den Vorteil, dass es eine relative axiale Verschiebung zwischen den Innen- und den Außenringen des Lagers ermöglicht. Die Verwendung eines toroidalen Rollenlagers entfernt deshalb den Bedarf für eine zusätzliche Komponente, wie beispielsweise eine Gleithülse. In manchen Anwendungen jedoch kann der Betrag der relativen axialen Verschiebung, die durch das toroidale Rollenlager ermöglicht wird, ungenügend sein oder ungenügend über die Zeit werden, aufgrund der Deformationen des Achszapfenrings.
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Es gibt noch Raum für Verbesserung.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung liegt in einer Loslageranordnung zum Lagern einer Seite eines Achszapfenrings eines Konverters. Die Anordnung weist ein toroidales Rollenlager auf, das in einem geteilten Gehäuse angebracht ist, das eine obere Hälfte und eine untere Hälfte hat. Ein Innenring des Lagers ist fest an dem Achszapfen des Achszapfenrings befestigt. Ein äußerer Ring des Lagers ist an einer Bohrung des Gehäuses angebracht. Um eine Rotation des Außenrings relativ zu dem Gehäuse zu verhindern, weist die Anordnung weiterhin ein Festelement auf, das einen Hauptkörperteil hat und eine Auskragung hat, die sich in radial nach innen gerichteter Richtung erstreckt. Der Hauptkörperteil des Festelements ist in einer Aussparung in dem Gehäuse aufgenommen und hat eine Symmetrieebene, die mit einer Mittelebene durch das Gehäuse zusammenfällt. Die Auskragung ist dazu ausgelegt, in ein Schmiermittelloch zu passen, das in dem äußeren Ring, an einer axialen Mittelposition bereitgestellt wird. Um die axiale Position des Lageraußenrings relativ zu der Mittelebene des Gehäuses zu fixieren, weist die Lageranordnung weiterhin einen ersten und einen zweiten Abstandsring auf, die in axialer Anlage zwischen entsprechenden ersten und zweiten Seitenteilen des Gehäuses und gegenüberliegenden Endseiten des Außenrings angebracht sind. Gemäß der Erfindung haben der erste und zweite Abstandsring unterschiedliche axiale Breiten, und die Auskragung hat eine Symmetrieebene, die parallel und axial versetzt ist zu der Mittelebene des Gehäuses, um einen Betrag y, der gleich dem bis die Hälfte des Unterschieds der axialen Breiten zwischen dem ersten und zweiten Abstandsring ist.
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Insgesamt ermöglichen die Abstandsringe mit verschiedener Breite und die Asymmetrie der Festelemente, dass die Lageranordnung in zwei Konfigurationen angebracht werden kann, so dass die Konfiguration geändert werden kann, wenn der Innenring und der Achszapfen eine axiale Verschiebung in eine bestimmte Richtung erfahren, die sich einem Maximalbetrag der relativen axialen Verschiebung zwischen den Lagerringen nähert, die durch das Design des toroidalen Rollenlagers ermöglicht ist. In der geänderten Konfiguration ist eine zusätzliche axiale Verschiebung in die spezielle Richtung möglich.
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Es wird angenommen, dass die Verschiebungen in eine erste axiale Richtung in Richtung einer ersten Seite der Lageranordnung im Betrieb der Lageranordnung größer sind, als die Verschiebungen in eine zweite, entgegengesetzte axiale Richtung in Richtung einer zweiten Seite der Lageranordnung. In dieser initialen Konfiguration ist das Lager derart angebracht, dass der breitere Abstandsring derart an der ersten Seite des Lagers angeordnet ist, dass eine Mittelebene durch den Außenring axial von der Mittelebene des Gehäuses in die zweite Richtung um Betrag y versetzt ist. Nun wird angenommen, dass sich aufgrund von thermischen Belastungen die axiale Position des Achszapfens und des Lagerinnenrings in die erste Richtung um einen Betrag verschiebt, der einen Schaden an dem Lager riskiert, wenn sich die Verschiebung fortsetzt. Dies kann durch Verschiebungssensoren, die in der Anordnung angebracht sind, detektiert werden.
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Die Lageranordnung wird dann derart rekonfiguriert, dass der breitere der zwei Abstandsringe an der zweiten Seite des Lagers angeordnet ist, so dass die Mittelebene durch den Außenring axial von der Mittelebene des Gehäuses in eine erste Richtung um den Betrag y versetzt ist. Weiterhin ist die Orientierung des Festelements umgedreht, so dass die Auskragung axial von dem Hauptkörperteil in die erste Richtung versetzt ist. In der geänderten Konfiguration ist die maximal mögliche axiale Verschiebung des Innenrings in die erste Richtung um einen Betrag der gleich 2y ist, vergrößert.
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Vorzugsweise ist in der initialen Konfiguration (vor irgendeiner axialen Verschiebung aufgrund von thermischen Belastungen) der Innenring mit einem axialen Offset in die zweite Richtung relativ zu dem Außenring verschoben. Sie vergrößert den zulässigen Betrag der axialen Verschiebung des Innenrings relativ zu dem Außenring in der ersten Richtung.
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Das Festelement wirkt als Antirotationsmittel, und ermöglicht vorzugsweise auch, dass Schmiermittel an die äußere Lauffläche gefördert wird. Geeigneter Weise ist ein Schmiermittelloch durch den Hauptkörper des Festelements und durch die Auskragung bereitgestellt.
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Um einen leichten Zugang zu dem Festelement zu ermöglichen, so dass seine Orientierung geändert werden kann, ist die Aussparung in dem Gehäuse, das den Hauptkörperteil aufweist, vorzugsweise an der Position der Gehäuseteilung angeordnet. Somit hat die Aussparung einen ersten Abschnitt, der in der unteren Hälfte des Gehäuses angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der in der oberen Hälfte des Gehäuses angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Abschnitt der Aussparung größenmäßig gleich, wobei jeder Abschnitt eine Hälfte des Hauptkörperteils des Festelements aufnimmt. Es ist auch möglich, dass die Aussparung vollständig in der unteren Hälfte des Gehäuses oder in der oberen Hälfte angeordnet ist.
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Eine Lageranordnung entsprechend der Erfindung ermöglicht eine einfache Rekonfiguration, um vergrößerte axiale Verschiebung aufzunehmen.
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Die Erfindung wird nun mit größerem Detail mit Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine allgemeine Ansicht eines Konverters und einer Tragstruktur;
- 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer Loslageranordnung gemäß der Erfindung, um eine Seite des Konverters, der in 1 gezeigt ist, in einer ersten Konfiguration anzubringen;
- 3 zeigt die Lageranordnung aus 2, die in einer zweiten Konfiguration angebracht ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Eine Seitenansicht eines Konverters und seiner Tragstruktur ist in 1 gezeigt. Der Konverter 1 wird in einem Achszapfenring 2 gelagert, der einen ersten und einen zweiten Achszapfen 3, 4 an entsprechenden ersten und zweiten Seiten des Rings hat. Der erste Achszapfen 3 ist über eine erste Lageranordnung 5 drehbar relativ zu einem festen Stand 7 gelagert. Der zweite Achszapfen 4 ist über eine zweite Lageranordnung 6 drehbar relativ zu einem festen Stand 9 gelagert. Der feste Stand 9 an der zweiten Seite liegt auf einem Fundament 10. Der feste Stand 7 an der ersten Seite steht auf einem Fundament 8, das zusätzlich ein Antriebsmittel 11 trägt, das mit dem ersten Achszapfen 3 verbunden ist. Eine Rotation des ersten Achszapfens 3 kippt den Achszapfenring 2 und den Konverter 1, wodurch ermöglicht wird, dass sein Inhalt ausgegossen wird.
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In Verwendung des Konverters 1 wird Sauerstoff in kohlenstoffreiches geschmolzenes Roheisen, das in einem Gefäß des Konverters beinhaltet ist, eingeblasen, was den Kohlenstoffanteil erniedrigt, um Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt zu erhalten. Der Konverter 1 kann derart bemessen sein, dass er bis zu 400 Tonnen Eisen aufnimmt, und die Temperatur in dem Gefäß ungefähr 1700 °C erreicht. Trotz der feuerfesten Auskleidung des Gefäßes erfahren der Achszapfenring 2 und die Achszapfen 3, 4 Temperaturerhöhungen, die eine thermische Expansion in einer axial nach außen gerichteten Richtung verursachen. Zusätzlich kann der Lagerring an der Stelle nahe der Ausgusslippe des Konverters eine lokale Erhitzung während des Ausgießens erfahren, die verursacht, dass seine kreisförmige Form eher oval wird, was als Ovalisierung bezeichnet wird. Dies führt zu einer Kontraktion in eine axial nach innen gerichtete Richtung.
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Die erste und zweite Lageranordnung 5, 6, die den Achszapfenring 2 und den Konverter 1 lagern, müssen deshalb fähig sein, hohen radialen Lasten zu widerstehen und axiale Verschiebungen in beide axiale Richtungen aufzunehmen, was über eine Festlager- /Loslageranordnung erreicht wird. Die erste Lageranordnung 5 an der ersten, „angetriebenen“ Seite des Achszapfenrings ist das Festlager, das eine axiale Lage des ersten Achszapfens 3 relativ zu dem feststehenden Stand 7 bereitstellt. Geeigneter Weise weist die Festlageranordnung ein selbstausrichtendes Lager, wie beispielsweise ein doppelreihiges Pendelrollenlager auf, um Fehlstellungen des Achszapfens relativ zu der Lagerachse aufzunehmen. Die zweite Lageranordnung 6 an der zweiten, „nicht angetriebenen“ Seite ist eine Loslageranordnung, die die oben genannten axialen Verschiebungen aufnimmt.
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In Realitas ist der tatsächliche Betrag der axialen Verschiebung, die aufgenommen werden muss, schwierig mit Genauigkeit vorherzusagen, insbesondere die Verschiebungen, die mit der Ovalisierung des Achszapfenrings einhergehen. Üblicherweise werden die axialen Verschiebungen überwacht, indem beispielsweise Sensoren verwendet werden. Es kann passieren, dass der erlaubte Betrag der relativen axialen Verschiebung in eine bestimmte Richtung sich als ungenügend erweist. Gemäß der Erfindung weist die Loslageranordnung 6 ein toroidales Rollenlager auf und hat eine erste Konfiguration und eine zweite Konfiguration, die eine größere axiale Verschiebung des Lagerinnenrings in eine gewünschte Richtung ermöglicht, als die erste Konfiguration. Wenn detektiert wird, dass der Betrag der erlaubten relativen axialen Verschiebung in der ersten Konfiguration nahe ihrem Limit ist, kann die Lageranordnung der Erfindung in der zweiten Konfiguration auf einfache Weise montiert werden.
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Ein Beispiel eines Teils einer Loslageranordnung gemäß der Erfindung, die in der ersten Konfiguration angebracht ist, ist in 2 im Querschnitt dargestellt. Wie erwähnt, weist die Anordnung 6 ein toroidales Rollenlager 20 auf, das einen Innenring 21 mit einer toroidalen inneren Lauffläche, einen Außenring 22 mit einer toroidalen Außenlauffläche und einer Reihe von toroidalen Rollen 23, die zwischen den Laufflächen angeordnet sind, aufweist. Der Innenring 21 ist fest an dem zweiten Achszapfen 4 angebracht, und wird jeder axialen Verschiebung des Achszapfens in Richtung der ersten Seite 51 der Anordnung und in Richtung einer zweiten Seite 52 der Anordnung folgen. Der Außenring 22 ist an einem Gehäuse 30 befestigt, das ein geteiltes Gehäuse mit einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte ist, wobei die Querschnittsansicht, die in 2 gezeigt ist, entlang der Ebene der Teilung genommen ist. Die Gehäusehälften können miteinander über Bolzenverbindungen 35 verbunden sein. Das Gehäuse weist weiterhin einen ersten und einen zweiten Seitenteil 31, 32 auf, die entsprechend erste und zweite Dichtungen 41, 42 aufnehmen, um einen Ringspalt zwischen dem Achszapfen 4 und dem Gehäuse an jeder axialen Seite abzudichten.
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Das toroidale Rollenlager 20 ist selbstausrichtend und ermöglicht relative axiale Verschiebungen zwischen dem Innenring 21 und dem Außenring 22. Es wird angenommen, dass, wenn eine Mittelebene 22a durch den Außenring 22 (in radialer Richtung des Lagers) in Übereinstimmung mit einer Mittelebene 21a durch den Innenring 21 ist, das Lager 20 derart bemessen ist und ein ausreichendes radiales Spiel hat, dass es eine relative axiale Verschiebung von 60 mm in beiden axialen Richtungen ermöglicht. Verschiebungen in Richtung der ersten Seite 51 der Lageranordnung 6 werden als Verschiebungen in der ersten Richtung bezeichnet; Verschiebungen in Richtung der zweiten Seite 52 der Anordnung werden als Verschiebungen in die zweite Richtung bezeichnet. Weiterhin wird angenommen, dass die Verschiebungen des Achszapfens 4 aufgrund von Ovalisierung des Achszapfenrings in die erste Richtung entstehen, während Verschiebungen aufgrund von thermaler Expansion in die zweite Richtung entstehen. Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Verschiebungen in die erste Richtung aufgrund von Ovalisierung größer sind als die Verschiebungen in die zweite Richtung.
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Folglich ist es vorteilhaft, den Lagerinnenring 21 mit einem axialen Versatz x relativ zu dem Außenring 22 in der zweiten Richtung anzubringen, so dass die erlaubte relative axiale Verschiebung in die erste Richtung um 60 + x mm vergrößert ist, und die erlaubte relative axiale Verschiebung in die zweite Richtung um 60 - x mm erniedrigt ist. Anmerkung: In 2 ist der Innenring 21 in einer initialen Montageposition gezeigt, wenn keine axialen Verschiebungen des Achszapfens 4 aufgrund von thermischen Effekten aufgetreten sind.
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Die axiale Lage des Lageraußenrings 22 ist relativ zu einer Mittelebene 30a durch das Gehäuse 30 mittels einem ersten und zweiten Abstandsring 61, 62 fixiert. Der erste Abstandsring 61 ist in Anlage mit dem ersten Seitenteil 31 des Gehäuses und der gegenüberliegenden Endseite des Außenrings 22 angebracht. Der zweite Abstandsring 62 ist in Anlage mit dem zweiten Seitenteil 32 des Gehäuses und der gegenüberliegenden Seite des Außenrings 22 angebracht. Entsprechend der Erfindung hat der erste Abstandsring 61 eine axiale Breite s1, die größer ist als eine axiale Breite s2 des zweiten Abstandsrings. Dies ermöglicht, dass die Lage des Außenrings 22 relativ zu der Mittelebene 30a des Gehäuses auf einfache Weise geändert werden kann, wenn sich der erlaubte Betrag der Verschiebung des Innenrings 21 in die erste Richtung seiner Grenze nähert. Dies wird genauer später erklärt.
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In der ersten Konfiguration wird der breitere der zwei Abstandsringe 61 an der ersten Seite der Anordnung angebracht; der schmalere der zwei Abstandsringe 62 wird an der zweiten Seite 52 angebracht. Die Mittelebene 22a durch den Außenring ist demnach von der Mittelebene 30a des Gehäuses in die zweite Richtung um einen Betrag y versetzt, wobei y = (s1 - s2)/2.
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Die Anordnung 6 weist weiterhin ein Festelement 70 auf, das eine Rotation oder Kriechen des Außenrings 22 relativ zu dem Gehäuse 30 verhindert, und das ermöglicht, dass Schmiermittel an die äußere Lauffläche und den Wälzkörpersatz gefördert wird. Das Festelement 70 hat einen Hauptkörperteil 71 und eine Auskragung 72, die in ein Schmiermittelloch, das in dem Außenring 22 bereitgestellt ist, passt, wodurch sie als Antirotationsmittel wirkt. Der Hauptkörperteil 70 ist in einer korrespondierend geformten Aussparung in dem Gehäuse 30 aufgenommen, wobei ein erster Abschnitt der Aussparung in der unteren Hälfte des Gehäuses und ein zweiter Abschnitt der Aussparung in der oberen Hälfte des Gehäuses ausgebildet ist.
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Gemäß der Erfindung hat der Hauptkörperteil 71 des Festelements 70 eine Symmetrieebene (in radialer Richtung des Lagers), die mit der Mittelebene 30a des Gehäuses zusammenfällt, während die Auskragung 72 eine korrespondierende Symmetrieebene aufweist, die axial davon versetzt ist. In der ersten Konfiguration ist die Auskragung 72 axial von dem Hauptkörperteil 71 in der zweiten Richtung um den Betrag y versetzt.
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Das Festelement 70 weist weiterhin ein Schmiermittelloch 73 auf, das sich durch den Hauptkörperteil 71 und die Auskragung 72 erstreckt, und das in Kommunikation mit der äußeren Lauffläche ist. Eine Lochachse des Schmiermittellochs 73 in dem Festelement fällt mit der Lochachse des Schmiermittellochs, das in dem Außenring 22 bereitgestellt ist, zusammen.
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Das Festelement 70 ist dazu ausgelegt, eine einfache Rekonfiguration der Lageranordnung zu erleichtern, wie weiter unten mit Referenz auf 3 erklärt wird, die eine Loslageranordnung in der zweiten befestigten Konfiguration zeigt.
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Es wird angenommen, dass der Achszapfen 4 und der Innenring 21 eine axiale Verschiebung in Richtung der ersten Seite 51 der Anordnung, wie in 3 gezeigt, erfahren haben, um einen Betrag, der nahe der maximalen Verschiebung ist, die in der ersten Montagekonfiguration, die in 2 gezeigt ist, erlaubt ist. Um den Betrag der erlaubten axialen Verschiebung in die erste Richtung zu vergrößern, und dadurch eine Beschädigung des Lagers zu verhindern, wird die Lageranordnung rekonfiguriert, wie in 3 gezeigt ist.
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Der obere Teil des Gehäuses 30 wird entfernt, und der Achszapfen 4 und das Lager 20 werden angehoben. Weiterhin wird das Festelement 70 entfernt, und die Lage der ersten und zweiten Abstandsringe wird vertauscht, so dass der erste Abstandsring 61 (breiter) an der zweiten Seite 52 der Anordnung, und der zweite Abstandsring 62 (schmaler) an der ersten Seite 51 angeordnet ist. Dies verortet den Außenring 22 näher zu dem ersten Seitenteil 31 des Gehäuses, so dass die Mittelebene 22a des Außenrings nun axial relativ zu der Mittelebene 30a des Gehäuses in der ersten Richtung um den Betrag y versetzt ist. Aufgrund der Asymmetrie des Festelements 70 kann die Orientierung geändert werden. Das Festelement wird wieder in der Aussparung in dem unteren Teil des Gehäuses positioniert, wobei die Auskragung 72 axial von der Mittellinie 30a des Gehäuses in die erste Richtung versetzt ist. Letztendlich wird der Achszapfen und das Lager wieder platziert, wobei der Außenring repositioniert ist, um eine extra Verschiebung zu ermöglichen, und die obere Hälfte des Gehäuses 30 wird wieder angeschraubt.
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In der ersten Montagekonfiguration war die maximal erlaubte axiale Verschiebung des Innenrings in der ersten Richtung 60 + x mm. In der zweiten befestigten Konfiguration wurde die maximal zulässige axiale Verschiebung um 60 + x + 2y mm vergrößert. Die Loslageranordnung der Erfindung ermöglicht deshalb eine einfache Rekonfiguration, um eine größere axiale Verschiebung des Lagerinnenrings in die entsprechende Richtung zu ermöglichen.
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Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche variiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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