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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung , umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig , wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring drehbar in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn und der Außenringlaufbahn wälzen und ein Schwenkhebel mittels einer Schwenkhebelführung am Käfig fixiert ist.
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Stand der Technik
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Eine besonderer Anwendungsfall für Wälzlageranordnung ist deren Verwendung als Schwenkwiegelager, wie beispielsweise häufig bei Axialkolbenmaschinen zum Einsatz kommen. Anders als bei konventionellen Wälzlageranordnung, die üblicherweise in Umfangsrichtung eine vollständige Rotation um 360° durchführen, ist der Rotations- bzw. Schwenkbereich bei Schwenkwiegelagern begrenzt und beträgt, je nach Ausgestaltung des Anwendungsfalls üblicherweise deutlich weniger als 90°. Über die Einstellung des Schwenkwinkels kann das Förder- bzw. Schluckvolumen einer Axialkolbenmasche bzw. -pumpe eingestellt werden.
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Für die Lagerung der Schwenkwiege bzw. des Schwenkhebels sind unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen worden. Beispielweise sind Lösungen bekannt, bei denen die Schwenkwiege mittels eines Gleitlagers gelagert ist. Der Nachteil des Gleitlagers gegenüber einem Wälzlager kann in einem höheren Reibwert gesehen werden. Hinzu kommen unterschiedliche Reibungswerte bei Haft- und Gleitreibung von Gleitlagern. Dieser Unterschied führt zu unerwünschten Stick-Slip- Effekten, wodurch eine exakte Ansteuerung des Schwenkwinkels erschwert sein kann.
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Durchgesetzt haben sich Wälzlagerungen, bei denen Käfige zur Führung der Wälzkörper eingesetzt werden. Aus
DE 26 25 298 beispielsweise ist eine derartige Lagerung bekannt. Um ein Herauswandern des Käfigsegments in den Schwenkrichtungen zu verhindern, ist der Käfig zwangsgeführt. Derartige Zwangsführungen legen den max. Schwenkweg des Käfigs und somit des Schwenkhebels fest. Diese Wälzlagerung wurde über große Zeiträume hinweg eingesetzt und ständig weiterentwickelt. Aus den 70er Jahren beispielsweise ist weiterhin die
DE 25 21 312 B1 bekannt geworden. Weiterentwicklungen wurden in den 80er Jahren beispielsweise mit der
EP 0 204 835 B1 vorgeschlagen. Aus den 90er Jahren beispielsweise ist
US 5 390 584-A bekannt geworden.
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Häufig wird der Schwenkhebel mittels einer Schwenkhebelhalterung mit dem Käfig des Wälzlagers gekoppelt. Derartige Schwenkhebelhalterungen sind als vom Käfig separates Bauteil ausgeführt und wurden bislang stoffschlüssig, insbesondere mittels Ultraschallschweißen am Käfig fixiert.
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Derartige Schweißverbindungen bereiten jedoch einige Probleme. Zum einen entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Käfig und Schwenkhebelhalterung, die folglich nur durch zerstörende Prüfung während der Fertigung zur Bestimmung der Langzeitprozessfähigkeit erfolgen kann. Ferner ergibt sich aus konstruktions- und fertigungstechnischen Gründen zwischen dem Käfig und der Schwenkhebellagerung immer ein Spalt in unterschiedlicher Größe. Hierdurch kann es zu einer leichten Schiefstellung der Schwenkhebelhalterung auf dem Käfig kommen, was sich negativ auf die Standzeiten des entsprechenden Wälzlagers auswirkt.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine Wälzlageranordnung, insbesondere in der Ausbildung eines Schwenk-Wiegelagers, so auszugestalten, dass sich eine sichere, einfache und zerstörungsfrei lösbare Verbindung zwischen dem Käfig und der Schwenkhebelhalterung ergibt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring drehbar in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn und der Außenringlaufbahn wälzen, wobei ein Schwenkhebel mittels einer Schwenkhebelführung am Käfig fixiert ist wobei die Schwenkhebelführung durch wenigstens eine erste Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen am Käfig angeordnet ist.
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Hierdurch wird erreicht, dass eine Montage einer Schwenkhebelführung an einem Käfig vereinfacht wird und insbesondere die Gefahr einer Schiefstellung der Schwenkhebelführung gegenüber dem Käfig vermieden werden kann.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung in den Ansprüchen erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager
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Wälzlager dienen dazu, Drehbewegungen und/oder Drehmomente mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu übertragen. Wälzlager werden insbesondere zur Fixierung von Achsen und Wellen eingesetzt, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers rollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring üblicherweise auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen, ist die Rollreibung dieser Lager relativ gering.
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Eine besondere Ausführungsform eines Wälzlagers stellt ein Schwenk-Wiege-Lager da. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung ist insbesondere und bevorzugt zur Ausbildung eines Schwenk-Wiege-Lagers geeignet.
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Innenring
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Der Innenring verbindet die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern. Dabei wird die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden. Auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn wälzen die Wälzkörper des Wälzlagers.
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Der Innenring kann aus einem metallischen oder keramischen Material gebildet sein. Insbesondere kann der Innenring aus einem Edelstahl geformt sein. Grundsätzlich kann der Innenring einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Außenring
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Der Außenring verbindet die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern. Dabei wird die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden. Auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn wälzen die Wälzkörper des Wälzlagers.
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Der Außenring kann aus einem metallischen oder keramischen Material gebildet sein. Insbesondere kann der Außenring aus einem Edelstahl geformt sein. Grundsätzlich kann der Außenring einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Wälzkörper
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings ab und haben die Aufgabe, die auf das Wälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Die Wälzkörper können aus einem metallischen oder einem keramischen Werkstoff geformt sein.
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Die Wälzkörper können als Wälzkörperkugel oder als Wälzkörperrolle ausgebildet sein. Die Wälzkörperrollen können insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe der Zylinderrollen, Nadelrollen, Kegelrollen und/oder Pendelrollen.
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Käfig
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann.
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Der Käfig kann grundsätzlich einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Käfig aus einem metallischen Werkstoff oder einem keramischen Werkstoff geformt sein.
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Der Käfig kann insbesondere als Taschenkäfig, Bolzenkäfig, Kammkäfig, wälzkörpergeführter Käfig und/oder bordgeführter Käfig ausgestaltet sein. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Käfig als Taschenkäfig ausgebildet ist. Es ist weiter erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Käfig einstückig ausgebildet ist.
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Es kann erfindungsgemäß vorteilhaft sein, den Käfig als Käfigsegment auszuformen, d.h. dass der Käfig kreissegmentartig ausgebildet ist.
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Innenringlaufbahn
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Die Wälzkörper wälzen innerhalb des Wälzlagers auf der Innenringlaufbahn des Innenrings ab. Hierzu muss die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein.
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Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Innenringlaufbahn kann Innenringlaufrillen zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Hierdurch werden die Wälzkörper in einer definierten Weise in bzw. auf der Innenringlaufbahn geführt. Ferner können durch die geometrische Ausgestaltung der Innenringlaufrillen, die axiale und radiale Kraftaufnahme des Wälzlagers beeinflusst werden.
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Außenringlaufbahn
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Die Wälzkörper wälzen innerhalb des Wälzlagers auf der Außenringlaufbahn des Außenrings ab. Hierzu muss die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein.
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Die Außenringlaufbahn kann Außenringlaufrillen zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Hierdurch werden die Wälzkörper in einer definierten Weise in bzw. auf der Außenringlaufbahn geführt. Ferner können durch die geometrische Ausgestaltung der Außenringlaufrillen, die axiale und radiale Kraftaufnahme des Wälzlagers beeinflusst werden.
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Besonders bevorzugte Ausführungsformen
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Schwenkhebelführung wenigstens eine Zapfenaufnahme aufweist und mittels wenigstens einer ersten Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen an dem Käfig formschlüssig fixiert ist, wobei der Käfig wenigstens einen axial vom Käfig hervorstehenden Zapfen aufweist, wobei der Zapfen formschlüssig in die Zapfenaufnahme einrastbar ist und der Zapfen an seiner Spitze pilzkopfartig und die Zapfenspitze wenigstens einmal längs der Längsachse des Zapfens geschlitzt ausgeführt ist, wodurch eine besonders einfache und sichere Verrastung erreicht werden kann.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Schwenkhebelführung wenigstens eine weitere Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen aufweist, welche durch wenigstens eine Klammer, die an der Schwenkhebelführung axial hervorstehend angeordnet ist, und in eine korrespondierende Klammeraufnahme des Käfigs formschlüssig einrastbar ist, wodurch eine noch sicherere Verrastung bei zeitgleicher einfacher Konstruktion erreichbar ist.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Schwenkhebel einen kugelförmigen Abschnitt aufweist, welcher in einer korrespondierenden Schwenkhebelaufnahme, welche gebildet ist durch eine entsprechende Aussparung in dem Käfig und der Schwenkhebelführung, schwenkbar angeordnet ist. Hierdurch kann, im Zusammenspiel mit den vorstehenden Schnapp-Rast-Verbindungen eine besonders präzise und betriebssichere Lagerung des Schwenkhebels erreicht werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 zeigt eine Wälzlageranordnung in einer Querschnittsansicht
- 2 eine perspektivische Explosionsansicht von Käfig, Schwenkhebellagerung und Schwenkhebel
- 3 eine Querschnittsansicht durch den Käfig, Schwenkhebel, Schwenkhebelhalterung und Zapfen
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Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6. In der dargestellten Ausführungsform sind die Wälzkörper 5 als Wälzkörperrollen ausgebildet. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, Wälzkörperkugeln als Wälzkörper 5 einzusetzen. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 auf. Die Wälzkörper 5 sind zwischen Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet, wobei die Wälzkörper 5 auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8 um die Drehachse des Wälzlagers 2 herum wälzen. An dem Käfig 6 ist ein in 1 nicht gezeigter Schwenkhebel 9 mittels einer Schwenkhebelführung 1 am Käfig 6 befestigbar. Dies wird in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Die 2 zeigt den Käfig 6 einer erfindungsgemäßen, jedoch nicht weiter dargestellten Wälzlageranordnung, wobei ein Schwenkhebel 9 mittels einer Schwenkhebelführung 10 am Käfig 6 fixierbar ist. Hierbei sind sowohl der Käfig 6 als auch die Schwenkhebelführung 10 bevorzugt aus einem Kunststoff geformt.
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Wie aus 2 gut zu erkennen ist, ist die Schwenkhebelführung 10 durch wenigstens eine erste Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen 11 am Käfig 6 formschlüssig fixierbar. Zur Ausbildung der ersten Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen 11 weist die Schwenkhebelführung 10 zwei Zapfenaufnahmen 12, und der Käfig 6 zwei axial vom Käfig 6 hervorstehende und mit den Zapfenaufnahmen 12 korrespondierende Zapfen 13 auf. Zur Fixierung der Schwenkhebelführung 10 am Käfig 6 sind die Zapfen 13 formschlüssig in die Zapfenaufnahmen 12 einrastbar.
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Hierzu sind die Zapfen 13 an ihrer Spitze pilzkopfartig ausgeformt und an der Zapfenspitze 14 wenigstens einmal längs der Längsachse eines Zapfens 13 geschlitzt ausgeführt, so dass durch die dadurch bewirkte Federwirkung zum einen ein leichtes aufschieben der Schwenkhebelführung 10 auf einen Zapfen 13 erfolgen kann und zum anderen eine sichere Verrastung der Zapfen 13 in den Zapfenaufnahmen 12 der Schwenkhebelführung 10 gewährleistet ist.
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Wie in 2 weiter gezeigt wird, verfügt die Schwenkhebelführung 10 über eine weitere Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen 15. Diese wird ausgebildet mittels an der Schwenkhebelführung 10 axial hervorstehend angeordneten Klammern 16, die in jeweils eine korrespondierende Klammeraufnahme 17 des Käfigs 6 formschlüssig einrastbar ist. Die Klammern 16 sind federelastisch ausgeformt und weisen an ihrem distalen Ende eine Nase auf, welche mit einer korrespondierenden Hinterschneidung in der Klammeraufnahme 17 die Verrastung bewirkt. Es versteht sich, dass neben den gezeigten Schnapp-Rast-Verbindungen 11,15 auch weitere aus dem Stand der Technik bekannte Schnapp-Rast-Verbindungen verwendet werden können, um eine lösbare, formschlüssige Verbindung zwischen dem Käfig 6 und der Schwenkhebelführung 10 auszubilden.
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Durch diese Kombination der beiden Gruppen von Schnapp-Rast-Verbindungen 11,15 ist eine besonders sichere, lösbare Verbindung zwischen dem Käfig und der Schwenkhebelführung 10 ausgebildet.
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Der in 2 gezeigte Schwenkhebel 9 weist in seiner Mitte einen kugelförmigen Abschnitt auf, welcher in die korrespondierenden Schwenkhebelaufnahme 18, die durch eine entsprechende schalenartige, konkave Aussparung in dem Käfig 6 und der Schwenkhebelführung 10 gebildet ist. In dieser ist der Schwenkhebel 9 im zusammengesetzten Zustand von Käfig 6, Schwenkhebelführung 10 und Schwenkhebel 9 schwenkbar angeordnet.
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Die 3 zeigt die aus 1 und 2 bekannte Wälzlageranordnung 1, in einer Querschnittsansicht durch den Käfig 6, den Schwenkhebel 9, die Schwenkhebelführung 10 und einen der Zapfen 13, wobei sich Käfig 6 und Schwenkhebelführung 10 in ihrem zusammengesetzten, verrasteten Zustand befinden. Man erkennt, wie die Schwenkhebelführung 10 mittels der axial hervorstehend angeordneten Klammer 16, in eine korrespondierende Klammeraufnahme 17 des Käfigs 6 formschlüssig eingerastet ist.
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Man erkennt ferner, wie der an seiner Spitze pilzkopfartig ausgeformte und an einer Zapfenspitze 14 wenigstens einmal längs der Längsachse des Zapfens 13 geschlitzter Zapfen 13 formschlüssig in eine Zapfenaufnahme 12 formschlüssig eingerastet ist.
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Der Schwenkhebel 9 ist im verrasteten Zustand von Käfig 6 und Schwenkhebelführung 10 an seinem kugelförmigen Abschnitt in der durch die korrespondierenden Aussparungen bildenden Lagerung schwenkbar angeordnet ist.
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Vor der Montage ist es vorteilhaft, den Käfig 6 und die Schwenkhebelführung 10 unter für einen Kunststoff optimalen Feuchtigkeit, bevorzugt in Kunststofftüten aufzubewahren. Somit kann vermieden werden, dass die aus Kunststoff ausgebildeten Bauteile austrocknen und eine Schnapp-Rast-Verbindung versprödet und ggf. bei der Montage bricht.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Schwenkhebel
- 10
- Schwenkhebelführung
- 11
- erste Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen
- 12
- Zapfenaufnahme
- 13
- Zapfen
- 14
- Zapfenspitze
- 15
- weitere Gruppe von Schnapp-Rast-Verbindungen
- 16
- Klammer
- 17
- Klammeraufnahme
- 18
- Schwenkhebelaufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2625298 [0004]
- DE 2521312 B1 [0004]
- EP 0204835 B1 [0004]
- US 5390584 A [0004]
