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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Nockenfolgerollenvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einer Einspritzpumpe oder einem Ventilaktuator für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft auch einen Ventilaktuator, für ein Kraftfahrzeug, der mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung ausgestattet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Klassischerweise weist eine Nockenfolgerollenvorrichtung, die zu einer Einspritzpumpe gehört, einen Stößel, eine Rolle und einen Bolzen aus Bronze oder Stahl auf. Die Rolle ist rotierbar auf dem Bolzen befestigt und die Wälzanordnung ist auf einer Querachse zentriert, während der Stößel sich entlang einer Längsachse erstreckt. Der Stößel wird durch einen zylindrischen Körper gebildet, der ein inneres Volumen abgrenzt, in dem der Bolzen und die Rolle angeordnet sind.
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Die Rolle erstreckt sich axial von dem Stößel, um mit einer Nocke zusammenzuwirken, die mit der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine synchronisiert ist. Die Rotation der Nockenwelle führt zu einer periodischen Verschiebung eines Kolbens der Pumpe, der an dem Stößel anliegt, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff geliefert wird. Der Stößel ist entlang der Längsachse vor- und zurückbewegbar.
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Es ist aus der
FR-A-2 946 406 bekannt, einen Tragkörper innerhalb des Stößelkörpers vorzusehen, um die Wälzanordnung zu lagern. Die Enden des Bolzens sind beispielsweise durch Presspassung in Durchgangsbohrungen fixiert, die in einer peripheren Wand des Tragkörpers gebildet sind und einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dennoch können Schwingungen oder Erschütterungen den Tragkörper von dem Stößelkörper loslösen.
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Die
FR-A-2 998 629 schlägt des Weiteren einen Tragkörper vor, der auf einer Basis des Stößelkörpers aufliegt, wobei der Tragkörper zwei Tragabschnitte mit einem halbkreisförmigen Profil und geöffnet zu der oberen Seite der Vorrichtung aufweist, um die Bolzenenden zu lagern. Dennoch benötigt eine solche Baugruppe ein komplexes Stößeldesign mit einer inneren Basisauflage für den Tragkörper.
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Üblicherweise ist der Stößelkörper aus einem metallischen Material, insbesondere einem geschmiedeten oder maschinell bearbeiteten Stahl hergestellt. Dennoch hat ein derartiger Stößelkörper ein bedeutendes Gewicht, da er eine bedeutende Last auf die Nockenwelle ausübt, und dann ein bedeutendes Motordrehmoment ausübt, das verwendet wird, um die Nockenwelle anzutreiben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ziel der Erfindung ist es eine verbesserte Nockenfolgerollenvorrichtung bereitzustellen mit reduziertem Gewicht, reduzierten Kosten und einer längeren Lebensdauer.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einer Nockenfolgerollenvorrichtung mit einem Stößel, der sich entlang einer Längsachse erstreckt und einen zylindrischen Stößelkörper umfasst, der eine Bohrung definiert. Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist weiterhin eine Wälzanordnung auf, die in der Bohrung angeordnet ist. Die Wälzanordnung weist einen Tragkörper, einen Bolzen und eine Rolle auf. Der Tragkörper weist eine Basis und zwei Längsflansche auf, die einander diametral gegenüberliegen, und die sich längs von der Basis in der Bohrung des Stößelkörpers erstrecken. Der Bolzen ist an einer Querachse zentriert und weist zwei einander entgegengesetzte Enden auf, die jeweils dazu ausgelegt sind, die Flansche des Tragkörpers zu tragen. Die Rolle ist drehbar an den Bolzen um die Querachse angebracht.
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Gemäß der Erfindung ist der Stößelkörper aus einem Polymermaterial mit 10 - 25 Gew.-% Karbonfasern und 0 - 15 Gew.-% Polytetrafluorethylen (PTFE).
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Dank der Erfindung hat der Stößelkörper aus Polymer ein reduziertes Gewicht. Das erlaubt es die Last, die auf die Nockenwelle wirkt, zu reduzieren. Darüber hinaus trägt eine solche Nockenfolgerollenvorrichtung mit bei für die Reduktion des Motorgewichts und die Reduktion des Kraftstoffverbrauchs.
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Die Zusammensetzung des Polymermaterials mit einem gegebenen Anteil von Karbonfasern stellt einen besten Kompromiss zwischen hoher Steifheit des Stößelkörpers und reduziertem Verschleiß des Stößelkörpers und des zylindrischen Gehäuses bereit, in dem sich der Stößelkörper hin und her bewegt wird. Üblicherweise ist das Gehäuse aus Metall, insbesondere Aluminium. Ein bedeutender Anteil an Karbonfasern des Stößelkörpers induziert Reibung, Verschleiß des Gehäuses und die Erzeugung von Metallpartikeln, die das Öl verschmutzen können. Im Gegenzug führt ein reduzierter Anteil von Karbonfasern zu einem Stößelkörper mit reduzierter Steifheit, der nicht geeignet ist für eine Verwendung mit starken Belastungen.
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Die Zusammensetzung des Polymermaterials mit einem gegebenen Anteil von PTFE stellt einen besten Kompromiss sicher zwischen vernünftigen Kosten des Stößelkörpers und einer optimierten Selbstschmierung des Stößelkörpers. PTFE ist nicht unbedingt nötig für den Stößelkörper, da er in einer Injektionspumpe hin und her bewegt wird, die Öl und einen Ölnebel aufweist. Dennoch stellt der Anteil an PTFE im Polymermaterial des Stößelkörpers eine Selbstschmierung des Stößelkörpers im Fall von verschlissenem Öl, beispielsweise Öl mit Verunreinigungen. sicher. Ein selbstgeschmierter Stößelkörper ist ein bedeutender Vorteil beim Motorstart, wenn weder Öl noch Ölnebel in dem Zylindergehäuse vorhanden ist. Die Reibung zwischen dem Stößelkörper und dem zylindrischen Gehäuse ist reduziert. Die Menge von PTFE ist limitiert um die Materialkosten zu reduzieren.
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Dank der Erfindung hat der Stößelkörper ein reduziertes Gewicht, kann Last und Vibrationen in der Injektionspumpe des Motors widerstehen, und hat eine längere Lebensdauer mit reduziertem Verschleiß.
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Der Stößelkörper, der aus einem Polymermaterial hergestellt ist, hat eine gewisse Flexibilität, die eine lokale und limitierte Deformation des Stößelkörpers während des Einbringens der Wälzanordnung während des Zusammenbauprozesses ermöglicht.
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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft aber nicht zwangsläufig sind, kann eine Nockenfolgerollenvorrichtung ein oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
- - Das Polymermaterial ist Polyphthalamid (PPA).
- - Das Polymermaterial hat einen Wärmeexpansionskoeffizienten ähnlich dem Wärmeexpansionskoeffizienten des zylindrischen Gehäuses, in dem der Stößelkörper gedacht ist, zu gleiten.
- - Der Wärmeexpansionskoeffizient des Polymermaterials des Stößelkörpers liegt zwischen 20 und 25 × 10-6 K-1, und vorzugsweise zwischen 23 und 25 × 10-6 K-1.
- - Das Polymermaterial weist 10 Gew.-% Karbonfaser auf.
- - Das Polymermaterial weist 15 Gew.-% PTFE auf.
- - Der Tragkörper und der Stößelkörper weisen jeweils Haltemittel auf, die miteinander zusammenwirken, um den Tragkörper längs in der Bohrung des Stößelkörpers zu halten.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist ein Wälzlager auf, das zwischen dem Bolzen und der Rolle angeordnet ist.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist eine Gleitbuchse auf, die zwischen dem Bolzen und der Rolle angeordnet ist.
- - Die Nockenfolgerollenvorrichtung weist zumindest eine Antirotationsvorrichtung an einer äußeren Peripherie des Stößelkörpers auf.
- - Der Tragkörper ist aus einem Metall, beispielsweise Stahl hergestellt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Einspritzpumpe für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung, wie sie hier oben erwähnt ist, ausgestattet ist.
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Die Erfindung betrifft auch einen Ventilaktuator für ein Kraftfahrzeug, der mit einer Nockenfolgerollenvorrichtung, wie sie hier oben erwähnt ist, ausgestattet ist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun in Zusammenhang mit den angehängten Figuren, als erläuternde Beispiele, erklärt werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu beschränken. In den angehängten Figuren:
- 1 ist eine perspektivische Draufsicht auf eine Nockenfolgerollenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Bodenansicht der Nockenfolgerollenvorrichtung;
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I der Nockenfolgerollenvorrichtung;
- 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der Nockenfolgerollenvorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Nockenfolgerollenvorrichtung 1, die in den 1 bis 4 dargestellt ist, ist dazu geeignet, eine Einspritzpumpe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Benzinautos, das nicht gezeigt ist, auszustatten.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Stößel 2 und eine Wälzanordnung 3 auf, die einen Tragkörper 4, einen Bolzen 5 und eine Rolle 6 aufweist. Der Bolzen 5 und die Rolle 6 sind auf einer Querachse X5 zentriert, während der Stößel 2 entlang einer Längsachse X2 zentriert ist. Die Achsen X2 und X5 sind senkrecht zueinander.
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Um hier im Nachfolgenden die spezielle Identifikation der Vorrichtung 1 für diese Figuren und für die folgenden zu vereinfachen, sind die Adjektive „längsverlaufend“ und „querverlaufend“ und die Adverbien „längs“ und „quer“ jeweils relativ zu den Achsen X2 und X5 definiert. Somit ist ein längsverlaufender Abschnitt oder Teil parallel zu der Achse X2, während ein querverlaufender Abschnitt oder Teil senkrecht zu der Achse X2 und parallel zu der Achse X5 ist.
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Der Stößel 2 weist einen zylindrischen Stößelkörper 7 auf, der auf der Achse X2 zentriert ist und sich zwischen einer oberen Kante 8 und einer unteren Kante 9 erstreckt. Der Stößelkörper 7 definiert eine zylindrische äußere Fläche 10a und eine zylindrische innere Bohrung 10b, die einen Hohlraum 11 innerhalb des Stößels 2 abgrenzen. Der Hohlraum 11 ist dazu geeignet, die Wälzkörperanordnung 3 aufzunehmen. Der Stößel 2 ist entlang der Achse X2 in einer nicht dargestellten Bohrung eines zylindrischen Gehäuses, das zu der Einspritzpumpe oder dem Motor gehört, hin- und herbewegbar, wobei die Oberfläche 10a in dieser Bohrung gleitet. Die Oberfläche 10a weist ein Antirotationsmittel 10c auf, hier einen auskragenden Abschnitt, der dazu gedacht ist, in einer angepassten Nut, die in der Bohrung vorgesehen ist, zu gleiten, um jegliche Rotation des Stößels 2 in dieser Bohrung zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung ist der Stößelkörper 7 aus einem Polymermaterial mit Karbonfasern und Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt.
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Vorzugsweise ist das Polymermaterial Polyphthalamid (PPA). PPA ist kompatibel mit Öl und seinen Zusätzen, die üblicherweise verwendet werden. PPA ist widerstandsfähig gegenüber dem Betriebstemperaturbereich von Injektionspumpen und dessen Temperaturvariationen. PPA hat verringerte Kosten verglichen mit anderen Polymermaterialien, die geeignet sind für solche Bedingungen, wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), das sehr teuer ist bei ähnlichen Eigenschaften.
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Das Polymermaterial hat einen thermischen Expansionskoeffizienten, der gleich dem thermischen Expansionskoeffizienten des zylindrischen Gehäuses ist, in dem der Stößelkörper 7 gedacht ist zu gleiten. Üblicherweise ist das zylindrische Gehäuse aus Aluminium hergestellt und der thermische Expansionskoeffizient des Polymermaterials des Stößelkörpers liegt zwischen 20 und 25 × 10-6 K-1, und vorzugsweise zwischen 23 und 25 × 10-6 K-1. Dies ermöglicht es, einen konstanten querverlaufenden Spalt zwischen dem Stößelkörper 7 und der Bohrung des zylindrischen Gehäuses während der Lebensdauer der Nockenfolgerollenvorrichtung 1, insbesondere bei hohen Temperaturvariationen, zu halten.
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Die Menge der Karbonfasern in dem Polymermaterial liegt zwischen 10 % und 25 Gew.- %, vorzugsweise ist gleich 10 Gew.-%. Der Stößelkörper 7 ist ausreichend steif, um die Lasten und Vibrationen in dem Injektionssystem aufzunehmen und begrenzt den Verschleiß des Stößelkörpers 7 und der Injektionspumpe, in der der Stößelkörper hin und her bewegt wird.
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Der Betrag von PTFE in dem Polymermaterial liegt zwischen 0 und 15 Gew.-%, vorzugsweise ist gleich 15 Gew.-%. Der Stößelkörper 7 ist selbstgeschmiert und kann Verschleiß verhindern, wenn er in dem zylindrischen Gehäuse gleitet.
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Der Stößelkörper 7 der Nockenfolgerollenvorrichtung 1 ist leicht herzustellen, insbesondere durch Spritzgießen und hat reduzierte Herstellungs- und Materialkosten bei derartigen Zusammensetzungen.
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Der Stößelkörper 7 hat ein reduziertes Gewicht, verglichen mit Stößelkörpern aus Metall, und begrenzt dann die Last, die auf die Nockenwelle wirkt, und trägt zum Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs bei.
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Die Wälzanordnung 3 ist innerhalb des Hohlraums 11 des Stößelkörpers 7 angeordnet. Die Wälzanordnung 3 weist einen Tragkörper 4 auf, der ein Tragelement für den Bolzen 5 und die Rolle 6 bildet. Der Tragkörper 4 weist eine Basis 13 auf, die an der Querachse X5 zentriert ist. Zwei seitliche Flansche 14, 15 sind einander gegenüberliegend relativ zu der Basis 13 und erstrecken sich längs von der Basis 13 in Richtung der oberen Seite der Vorrichtung 1.
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Die seitlichen Flansche 14, 15 weisen jeweils Tragmittel 16, 17 für den Bolzen 5 auf. Der Bolzen 5 ist zylindrisch und erstreckt sich entlang der Querachse X5. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Tragmittel 16, 17 der seitlichen Flansche 14, 15 jeweils einen konkaven Abschnitt mit einem halbkreisförmigen Profil und offen zu der oberen Seite der Vorrichtung 1 auf. Die Abschnitte 16, 17 sind geeignet, Enden 18, 19 des Bolzens 5 aufzunehmen. Das Profil der konkaven Abschnitte 16, 17 passt zu den zylindrischen Enden 18, 19 des Bolzens 5. Bei einer nicht gezeigten Alternative können die Tragmittel der seitlichen Flansche 14, 15 jeweils eine zylindrische Bohrung aufweisen, in die ein Ende des Bolzens eingeführt ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Ende 18 oder 19 jeweils mit den entsprechenden Tragmitteln 16, 17 gesichert werden.
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Die Wälzanordnung 3 weist des Weiteren eine Rolle 6 auf, die rotierbar auf dem Bolzen 5 durch ein Wälzlager 20 mit Nadeln, die zwischen dem Bolzen 5 und dem Wälzkörper 6 angeordnet sind, befestigt ist. Alternativ kann das Wälzlager durch eine Gleitbuchse ersetzt werden. Die Rolle 6 erstreckt sich längs von der oberen Kante 8 des Stößels 2, um mit einer Nocke zusammenzuarbeiten, die mit der nicht gezeigten Nockenwelle eines Verbrennungsmotors synchronisiert ist.
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Die Wälzanordnung 3 wird längs in dem Stößel 2 mittels auskragender Abschnitte 21, 22 festgehalten.
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Die Flansche 14, 15 des Tragkörpers 4 sind jeweils mit einem nach außen auskragenden Abschnitt 21, 22 ausgestattet, der sich quer von dem entsprechenden Flansch 14 bzw. 15 in Richtung der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 erstreckt.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 definieren jeweils eine untere Querfläche 23 bzw. 24.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 weisen jeweils eine obere geneigte Fläche 25 bzw. 26 auf.
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Die nach außen auskragenden Abschnitte 21, 22 sind vorzugsweise aus einer Materialverformung der Flansche 14, 15 hergestellt.
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Bei einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können die Flansche Beulen, insbesondere mit halbkugelförmiger Form oder mit Kegelstumpfform aufweisen.
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Die innere Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 weist Tragmittel 27, 28 auf, die einander diametral gegenüberliegen und die jeweils eine Querfläche 29, 30 haben, die mit den auskragenden Abschnitten 21, 22 des Tragkörpers 4 zusammenwirken.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 4 bestehen die Tragmittel des Tragkörpers aus nach innen auskragenden Abschnitten 27, 28, die sich von der inneren Fläche der Bohrung 10b erstreckten und in Richtung der Flansche 14 bzw. 15 des Tragkörpers 4 gerichtet sind. Die nach innen auskragenden Abschnitte 27, 28 definieren jeweils eine obere Querfläche 29 bzw. 30 und eine untere Querfläche 31 bzw. 32.
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Die nach innen auskragenden Abschnitte 27, 28 werden jeweils gedeckelt durch eine Öffnung 33, 34, die sich durch die Dicke des Stößelkörpers 7 erstreckt, wobei die unteren Kanten dieser Öffnungen die oberen Querflächen 29, 30 definieren. In einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können die Öffnungen durch Aussparungen ersetzt sein.
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Die unteren Querflächen 23, 24 der auskragenden Abschnitte 21, 22, die sich von dem Tragkörper 4 erstrecken, werden längs von den oberen Flächen 29, 30, die in der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 bereitgestellt sind, getragen.
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Der Bolzen 5, das Wälzlager 20 und die Rolle 6 werden zuerst miteinander verbaut, und dann auf dem Tragmittel 16, 17, das von den Flanschen 14, 15 des Tragkörpers bereitgestellt wird, eingebaut, um so die Wälzanordnung 3 auszubilden. Die Anordnung 3 wird dann längs in den Hohlraum 11, der von der Bohrung 10b des Stößelkörpers 7 ausgebildet ist, von der unteren Kante 9 in Richtung der oberen Kante 8 eingeführt. Die Flansche 14, 15 werden in den Hohlraum 11 gedrückt und dann kommen die geneigten Flächen 25, 26 der auskragenden Abschnitte des Tragkörpers in Anlage gegen die unteren Flächen 31, 32 der Tragmittel 27, 28 in dem Hohlraum 11. Die Anordnung 3 wird derart gedrückt, dass die geneigten Flächen 25, 26 entlang der Tragmittel 27, 28 gleiten. Der Stößelkörper 7 wird dann lokal deformiert. Die auskragenden Abschnitte 21, 22 passieren dann die Tragmittel 27, 28, wobei die unteren Querflächen 23, 24 an den oberen Querflächen 29, 30 der Tragmittel 27, 28 anliegen. Der Tragkörper 4, und damit die Wälzanordnung 3, ist dann längs in dem Stößelkörper 7 in einer Richtung blockiert.
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Der Stößel 2 aus Polymermaterial ist flexibel genug, um eine lokale Querverformung des Stößelkörpers 7 während des Einführens der Wälzanordnung zu erlauben, insbesondere, wenn die auskragenden Abschnitte 21, 22 des Tragkörpers 4 die unteren Flächen 31, 32 der Tragmittel 27, 28 des Stößelkörpers 7 passieren.
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Der Stößelkörper 7 weist weiterhin zweite längsverlaufende Haltemittel 36, 37 auf, um die Wälzanordnung 3 innerhalb des Stößels 2 zu halten. Die zweiten längsverlaufenden Haltemittel weisen jeweils einen querverlaufenden Abschnitt 36, 37 auf, der sich von der oberen Kante 8 des Stößelkörpers 7 in Richtung der inneren Seite des Stößelkörpers 7 erstreckt. Die querverlaufenden Abschnitte 36, 37 liegen einander in Richtung der Achse X2 gegenüber.
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Die querverlaufenden Abschnitte 36, 37 decken längs die Enden 18, 19 des Bolzen 5 ab, um so ein Demontieren des Bolzen 5, und damit der Wälzanordnung 3, von der oberen Seite des Stößelkörpers 7 zu verhindern.
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Die Wälzanordnung 3 wird dann längs an der einen Seite durch das Zusammenwirken zwischen den nach außen auskragenden Abschnitten 21, 22 des Tragkörpers 4 mit den nach innen auskragenden Abschnitten 27, 28 des Stößelkörpers 7, und an der anderen Seite durch die zweiten Haltemittel 36, 37 des Stößelkörpers 7 gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2946406 A [0004]
- FR 2998629 A [0005]
