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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, insbesondere zur Lagerung einer Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug, 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 die Wälzkörper als Kegelrollen ausgebildet sind und die Kegelrollendrehachsen aller Kegelrollen sich auf der Wälzlagerdrehachse des Wälzlagers schneiden.
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Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen besitzen in der Regel eine Kurbelwelle, welche üblicher Weise über Kugellager rotierend gelagert ist. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors werden insbesondere beim Zündzeitpunkt die Kugellager maximal belastet. Hierbei kann es innerhalb des Kugellagers zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine Wälzlageranordnung insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die durch eine hohe Laufruhe gekennzeichnet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, insbesondere zur Lagerung einer Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug, 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 die Wälzkörper als Kegelrollen ausgebildet sind und die Kegelrollendrehachsen aller Kegelrollen sich auf der Wälzlagerdrehachse des Wälzlagers schneiden, wobei der Käfig als Taschenkäfig ausgebildet ist, mit einem Taschenkäfigring an dem eine Mehrzahl von Taschenkäfigaxialtrennstegen angeordnet ist, die sich zu Bildung von Taschenöffnungen zur Aufnahme der Kegelrollen vom Taschenkäfigring in axialer Richtung durch das Wälzlager erstrecken, wobei der Taschenkäfig einen zweiten Taschenkäfigring aufweist, der dem ersten Taschenkäfigring gegenüberliegend mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen verbindbar ist und der zweiten Taschenkäfigring an einer Außenringstirnfläche des Außenrings diese kontaktierend oder nicht kontaktierend anliegt. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine besonders laufruhige Wälzlageranordnung realisierbar ist.
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Das der zweiten Taschenkäfigring an einer Außenringstirnfläche des Außenrings diese kontaktierend oder nicht kontaktierend anliegt bedeutet, dass der zweite Taschenkäfigring je nach Belastungsfall oder Konfiguration des Käfigs an der Außenringstirnfläche des Außenrings unmittelbar anliegt oder ein Spalt zwischen dem zweiten Taschenkäfigring und der Außenringstirnfläche vorhanden ist. Erfindungswesentlich in beiden Fällen ist, dass der Käfig in seiner axialen Beweglichkeit durch die Anlage des zweiten Taschenkäfigrings an der Au-ßenringmantelfläche begrenzt wird.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu übertragen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, 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. 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 in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
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Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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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 Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet. Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper als Kegelrollen ausgebildet.
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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 gering gehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. 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 Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Kegelrollen von Wälzlagern sind geometrisch als Kegelstumpf ausgebildet. Sie können insbesondere im Vergleich zu Lagerkugeln über eine größere Auflagefläche an den Laufbahnen des Wälzlagers verfügen. Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der Rollenwälzkörper können mit Kegelrollen ausgeführte Wälzlager, sogenannte Kegelrollenlager, hohe Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufnehmen. Um ein schlupffreies Wälzlager auszugestalten, können sich die Rotationsachsen aller Kegelrollen in einem Punkt auf der Drehachse eines Kegelrollenlagers treffen.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Taschenkäfigring und die Taschenkäfigaxialtrennstege monolithisch ausgeformt sind. Es kann somit in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein Teil des Taschenkäfigs, beispielsweise aus Stahlblech, vorgefertigt werden und auf einfache Weise in den Montageprozess der Wälzlageranordnung eingebracht werden kann.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Taschenkäfigring und die Taschenkäfigaxialtrennstege eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsgeometrie aufweisen, deren radiale Höhe kleiner ist als ihre axiale Länge. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders stabile, schwingungsarme und kostengünstig zu fertigende Taschenkäfigaxialtrennstege bereitgestellt werden können. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis von axialer Länge zu radialer Höhe 1:2-1:5.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der zweiten Taschenkäfigring eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsgeometrie aufweist, deren radiale Länge größer ist ihre axiale Breite. Somit kann insbesondere bewirkt werden, dass ein besonders stabiler, schwingungsarmer und kostengünstig zu fertigender zweiter Taschenkäfigring bereitgestellt werden kann. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis von axialer Breite zu radialer Länge 1:1,5-1:10.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Taschenkäfig aus einem metallischen Material gebildet ist. Die Wirkung, die durch diese Ausbildung des Erfindungsgegenstandes ermöglicht wird, ist, dass der Taschenkäfig besonders stabil und langlebig ausgebildet werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege jeweils einen Innenringabschnitt und einen Kegelrollenabschnitt aufweisen, wobei der Innenringabschnitt parallel zur Drehachse des Innenrings und der Kegelrollenabschnitt parallel zur Drehachse der Kegelrollen verläuft. Gemäß dieser Merkmalskombination kann der Vorteil realisiert werden, dass eine besonders schwingungsarme Ausführungsform des Taschenkäfigs realisierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege eine Schmiermittelaufnahmemulde zur Aufnahme eines Schmiermittels aufweisen. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass ein besonders reibungsarmes Wälzlager geschaffen ist. Ferner bewirkt die Schmiermittelaufnahmemulde eine Verbesserung der Schwingungseigenschaften durch eine schwingungtechnische Optimierung des Flächenträgheitsmoments der Taschenkäfigaxialtrennstege.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der zweiten Taschenkäfigring mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen stoffschlüssig, insbesondere mittels Schwei-ßen, verbunden ist. Hierdurch wird es möglich, dass ein besonders einfach zu fertigender sowie hochfester Taschenkäfig hergestellt werden kann.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Außenring einen Außenringbord und der Innenring einen Innenringbord aufweist, an denen die Kegelrollen axial geführt werden.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass die Schmiermittelaufnahmemulde im Kegelrollenabschnitt der Taschenkäfigaxialtrennstege angeordnet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden. Es zeigen:
- 1 die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung in einer isometrischperspektivischen Explosionsansicht,
- 2 die Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
- 3 den Käfig der Wälzlageranordnung in verschiedenen perspektivischen Ansichten,
- 4 eine perspektivische Teilschnittansicht der Wälzlageranordnung,
- 5 eine schematische Querschnittsansicht der Wälzlageranordnung mit dem Taschenkäfig, und
- 6 eine isometrisch-perspektivische Ansicht auf die Wälzlageranordnung mit einer vergrößerten Detaildarstellung.
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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. 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. Die Wälzkörper 5, die Wälzkörper 5 als Kegelrollen 9 ausgebildet sind, wälzen mit ihren Mantelflächen auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8 ab. Die Kegelrollendrehachsen 10 aller Kegelrollen 9 schneiden sich auf der Wälzlagerdrehachse 11 des Wälzlagers 2, was auch gut aus der Zusammenschau mit 2 ersichtlich ist.
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Der Käfig 6 ist als Taschenkäfig 12 ausgebildet, mit einem Taschenkäfigring 13 an dem eine Mehrzahl von Taschenkäfigaxialtrennstegen 14 angeordnet ist, die sich zu Bildung von Taschenöffnungen 15 zur Aufnahme der Kegelrollen 9 vom Taschenkäfigring 13 in axialer Richtung durch das Wälzlager 2 erstrecken. Der Taschenkäfig 12 besitzt ferner einen zweiten Taschenkäfigring 16, der dem ersten Taschenkäfigring 13 gegenüberliegend mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen 14 verbindbar ist. Der Taschenkäfigring 13 und die Taschenkäfigaxialtrennstege 14 sind monolithisch aus einem metallischen Material ausgeformt. Der zweiten Taschenkäfigring 16 wird während der Montage der Wälzlageranordnung 1 mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen 14 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, verbunden. Zur Verringerung der Reibung innerhalb des Wälzlagers 2 besitzen die Taschenkäfigaxialtrennstege 14 eine Schmiermittelaufnahmemulde 20 zur Aufnahme eines Schmiermittels 21.
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Die 2 zeigt die aus 1 bekannte Wälzlageranordnung 1, mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6 im zusammengesetzten Zustand des Wälzlagers 2. Man erkennt auch anhand von 2 gut, dass der Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 7 aufweist und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 aufweist und die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet sind. Der Außenring 4 besitzt einen Außenringbord 22 und der Innenring 3 einen Innenringbord 23, an denen die Kegelrollen 9 axial geführt werden.
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Die Wälzkörper 5 sind als Kegelrollen 9 ausgebildet und die Kegelrollendrehachsen 10 aller Kegelrollen 9 schneiden sich auf der Wälzlagerdrehachse 11 des Wälzlagers 2 (vergl. auch mit 1). Der Taschenkäfig 12 weist einen zweiten Taschenkäfigring 16 auf, der dem ersten Taschenkäfigring 13 gegenüberliegend mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen 14 stoffschlüssig verbunden ist. Der zweite Taschenkäfigring 16 liegt an einer Außenringstirnfläche 17 des Außenrings 4 diese kontaktierend oder nicht kontaktierend an.
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Die 2 zeigt ferner, dass der Taschenkäfigring 13 und die Taschenkäfigaxialtrennstege 14 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsgeometrie aufweisen, deren radiale Höhe kleiner ist als ihre axiale Länge und dass der zweiten Taschenkäfigring 16 eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsgeometrie aufweist, deren radiale Länge größer ist ihre axiale Breite.
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3 zeigt den aus den 2 und 3 bekannten Taschenkäfig 12 in verschiedenen perspektivischen Ansichten. In der gezeigten Darstellung ist der zweite Taschenkäfigring 16 formschlüssig mit den Taschenkäfigaxialtrennstegen 14 verbunden. Man erkennt insbesondere auch gut die Taschenöffnungen 15 in denen die Kegelrollen 9 aufgenommen und durch den Taschenkäfig 12 geführt sind.
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Die 4 zeigt den durch die Pfeile angedeuteten Schmiermittelfluss innerhalb des Wälzlagers 2. Die Taschenkäfigaxialtrennstege 14 besitzen eine Schmiermittelaufnahmemulde 20 zur Aufnahme eines Schmiermittels 21. Wird der Taschenkäfig 12 innerhalb des Wälzlagers 2 in Rotation versetzt, so sorgt das in der Schmiermittelaufnahmemulde 20 bevorratete Schmiermittel 21 eine stets ausreichend gute Schmierung des Wälzlagers 2.
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Anhand der 5 lässt sich besonders gut erkennen, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege 14 jeweils einen Innenringabschnitt 18 und einen Kegelrollenabschnitt 19 aufweisen, wobei der Innenringabschnitt 18 parallel zur Drehachse des Innenrings 3 und der Kegelrollenabschnitt 19 parallel zur Drehachse der Kegelrollen 9 verläuft. Die Schmiermittelaufnahmemulde 20 ist im Kegelrollenabschnitt 19 der Taschenkäfigaxialtrennstege 14 angeordnet.
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Die 6 zeigt schließlich eine Detailansicht die Anbindung des zweiten Taschenkäfigring 16 an die Taschenkäfigaxialtrennstege 14. Das freie distale Ende der Taschenkäfigaxialtrennstege 14 weist eine in Umfangsrichtung verlaufende, nicht näher bezeichnete Nut auf, in der der zweite Taschenkäfigring 16 gehalten ist.
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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
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Kegelrollen
- 10
- Kegelrollendrehachsen
- 11
- Wälzlagerdrehachse
- 12
- Taschenkäfig
- 13
- Taschenkäfigring
- 14
- Taschenkäfigaxialtrennstegen
- 15
- Taschenöffnungen
- 16
- zweiter Taschenkäfigring
- 17
- Außenringstirnfläche
- 18
- Innenringabschnitt
- 19
- Kegelrollenabschnitt
- 20
- Schmiermittelaufnahmemulde
- 21
- Schmiermittel
- 22
- Außenringbord
- 23
- Innenringbord
