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Vorliegende Erfindung betrifft ein Käfigsegment für einen Wälzlagerkäfig gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Käfigsegments gemäß Patentanspruch 11.
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Für Wälzlagerkäfige aus Metall sind verschiedene Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Drückwalzen mit anschließendem Stanzen- und Prägen oder Laserschneiden, bekannt. Die verwendete Art des Herstellungsverfahrens hängt unter anderem von der Größe des Käfigs ab. Alternativ können solche Metallkäfige, insbesondere größere Käfige, dadurch gefertigt werden, indem Vollmaterial zunächst gewalzt und dann spanend weiterbearbeitet wird. Dabei ist den bekannten Verfahren gemein, dass sie einerseits einen hohen Materialeinsatz erfordern, und anderseits eine Kombination von mehreren, zum Teil aufwendigen Herstellungsverfahren mit unterschiedlichen Werkzeugmaschinen erfordern, so dass die Herstellung aufwendig und/oder kostenintensiv sein kann.
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Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Käfigsegment für einen Wälzlagerkäfig bereitzustellen, der einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Käfigsegment für einen Wälzlagerkäfig gemäß Patentanspruch 1, einen Wälzlagerkäfig gemäß Patentanspruch 9, ein Wälzlager gemäß Patentanspruch 10 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Käfigsegments gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
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Das Käfigsegment umfasst ein erstes und ein zweites Seitenelement, die durch einen ersten Steg und einen zweiten Steg verbunden sind, wobei zwischen dem ersten und zweiten Steg zumindest eine Tasche gebildet ist, die dazu geeignet ist, zumindest einen Wälzkörper aufzunehmen. Um den Materialeinsatz und den Fertigungsaufwand zu reduzieren, ist das vorgeschlagene Käfigsegment aus einem Metallblech hergestellt. Insbesondere kann auch ein Materialausnutzungsgrad erhöht werden.
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Bei dem Metallblech kann es sich insbesondere um eine Metallblechplatte, eine Metallblechtafel oder dergleichen handeln. Metallblech kann einfach und kostengünstig, beispielsweise durch Schneiden und Biegen, bearbeitet und geformt werden. Insbesondere kann auf ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren verzichtet werden.
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Bei dem Käfigsegment kann es sich um ein Einzelsegment oder um ein Mehrfachsegment handeln. In einem Einzelsegment kann jeweils ein Wälzkörper aufgenommen werden. Unter einem Mehrfachsegment wird ein Käfigsegment verstanden, das mehrere Wälzkörper aufnehmen kann. Hierzu können in dem Käfigsegment mehrere Taschen gebildet sein, wobei in einer Tasche zumindest ein Wälzkörper aufgenommen werden kann. Das Käfigsegment kann insbesondere in Großwälzlagern eingesetzt werden.
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Bevorzugt kann das Käfigsegment in einer aufgefalteten Form aus dem Metallblech gelöst werden, wobei das Lösen ein Schneiden, Stanzen und/oder Nibbeln umfasst. Mit anderen Worten werden die für das Käfigsegment benötigten Trennlinien in dem Metallblech mittels Schneiden, Stanzen, Nibbeln oder dergleichen vorgesehen. Das bedeutet, dass zunächst die Konturen (innen und außen) des Käfigsegments in das Metallblech geschnitten oder gestanzt werden und anschließend die Form des Käfigsegments aus dem Metallblech gelöst wird. Dabei kann ein Laser, ein Stanzwerkzeug, eine Nibbelmaschine oder dergleichen verwendet werden. Unter einer aufgefalteten Form wird insbesondere eine flache, im Wesentlichen zweidimensionale, abgewickelte Form des fertigen dreidimensionalen Käfigsegments verstanden. Das heißt, die aus dem Metallblech gelöste Form kann im Wesentlichen der zweidimensionalen Abwicklung bzw. Faltvorlage des fertigen Käfigsegments entsprechen.
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Anschließend kann das Käfigsegment durch Biegen und/oder Falten der ausgelösten, aufgefalteten Form des Käfigsegments geformt werden. Insbesondere kann, nachdem die aufgefaltete Form das Käfigsegment aus dem Metallblech gelöst worden ist, das Metallblech gebogen werden, um das fertige Käfigsegment zu erhalten. Bevorzugt wird das Biegen und/oder Falten in derselben Maschine durchgeführt wie das Auslösen des Käfigsegments, wobei beispielsweise eine Stanz-Laser-Biegemaschine verwendet werden kann. Alternativ kann das Biegen und/oder Falten in einer anderen Maschine vorgenommen werden als das Auslösen. Um ein eventuelles Überführen der aus dem Metallblech gelösten aufgefalteten Form des Käfigsegments in eine weitere Werkzeugmaschine zu vereinfachen, ist es auch möglich einzelne Verbindungspunkte im Bereich der Trennlinien stehen zu lassen, und erst nach dem weiteren Bearbeitungsschritt zu lösen.
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Zum Herstellen des Käfigsegments kann eine Werkzeugmaschine verwendet werden, die sowohl die Form des Käfigsegments aus dem Metallblech auslösen kann als auch anschließend die ausgelöste Käfigsegmentform in die fertige Käfigform bringen bzw. formen/biegen kann. Dadurch können mehrere Arbeitsschritte in einer einzigen Werkzeugmaschine vorgenommen werden. Der Herstellungsaufwand kann somit reduziert werden, da nur eine einzige und nicht mehrere Werkzeugmaschinen benötigt werden.
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Da kein spanendes Verfahren verwendet wird, ist der Materialeinsatz geringer und es fallen weniger Materialabfälle an. Dadurch können die Kosten für das Käfigsegment und folglich für einen Wälzlagerkäfig aus mehreren Käfigsegmenten reduziert werden.
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Ferner können Verbindungen, wie beispielsweise zwei Verbindungselemente, die ineinandergreifend in Eingriff bringbar sind, vorgesehen sein, um zwei Käfigsegmente miteinander, insbesondere in der axialen Richtung, zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Käfigsegment zumindest eine Anlauffläche und zumindest eine Stützfläche auf, die dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Anlauffläche abzustützen. Die Stützfläche kann beispielsweise ein Stützsteg sein. Alternativ kann sich die Stützfläche über die gesamte Länge des Stegs erstrecken. Beispielsweise kann sich die Stützfläche gegen eine Rückseite einer weiteren Fläche des Käfigsegments, wie beispielsweise eine weitere Anlauffläche, abstützen.
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Insbesondere kann die zumindest eine Anlauffläche an einer Seite des ersten oder zweiten Stegs angeordnet sein. Bevorzugt ist die zumindest eine Anlauffläche auf einer Innenseite eines der Stege, d.h. an der Seite, die zur Tasche zeigt, gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zumindest eine Anlauffläche auch an einer Außenseite eines der Stege gebildet sein. Wenn die zumindest eine Anlauffläche auch an der Außenseite eines der Stege gebildet ist, kann beispielsweise jeder zweite Wälzkörper in einem Käfigsegment geführt werden. Ist für jeden Wälzkörper jeweils ein Käfigsegment vorgesehen, kann auf eine an der Außenseite eines der Stege gebildete Anlauffläche verzichtet werden.
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Des Weiteren kann vorteilhafterweise die Anlauffläche im aufgefalteten, flachen Zustand mit Texturen bzw. Strukturierungen versehen werden. Beispielsweise können die vorgesehen Texturen eine Schmiermittelversorgung für den an der Anlauffläche anlaufenden Wälzkörpers verbessern, beispielsweise indem eine Zuführung von neuem Schmiermittel an den Wälzkörper und/oder ein Abtransport von altem Schmiermittel von dem Wälzkörper erleichtert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann an dem ersten Seitenelement ein erstes Befestigungselement angeordnet sein und/oder an dem zweiten Seitenelement ein zweites Befestigungselement angeordnet sein, wobei das Käfigsegment über das erste und/oder das zweite Befestigungselement mittels eines Kopplungsmittels mit einem weiteren Käfigsegment verbindbar ist.
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Die Käfigsegmente können durch das Kopplungsmittel zusätzlich zusammengehalten werden, wodurch der Käfigverbund an Stabilität gewinnt und/oder eine Montage des Käfigs vereinfacht werden kann. Durch das Kopplungsmittel, welches beispielsweise ein Seil, Draht oder ein Ring sein kann und eine definierte Vorspannung hat, können die Käfigsegmente geführt werden.
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Bevorzugt kann das erste und/oder das zweite Befestigungselement als Ösen ausgebildet sein, durch die das Kopplungselement durchfädelbar ist. Bei einer Ausgestaltung der Befestigungselemente als Ösen kann das Kopplungselement auf einfache Weise durch diese Ösen durchgeführt und bei Bedarf wieder entfernt werden. Das Kopplungselement ist dabei nicht an den Ösen fixiert, sondern kann sich in den Ösen bewegen. Hierdurch wird ein Spiel zwischen den Käfigsegmenten, und damit den Wälzkörpern, und eine Bewegung der Käfigsegmente zueinander nicht eingeschränkt. Alternativ können die Ösen auch als offene Haken oder Laschen ausgebildet sein, in die das Kopplungselement einhängbar oder einklipsbar oder einschnappbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Wälzlagerkäfig, insbesondere für ein Großwälzlager, mit einer Mehrzahl von Käfigsegmenten vorgeschlagen, wobei eine Mehrzahl von Käfigsegmenten über ein Kopplungselement zumindest zeitweise verbindbar sind, wozu das Kopplungselement mit den Befestigungselementen in Eingriff gebracht wird. Dabei kann beispielsweise jeder zweite Wälzkörper in einem Käfigsegment geführt werden. Alternativ kann auch ein Käfigsegment für jeweils einen Wälzkörper vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Außendurchmesser des Wälzlagerkäfigs mehr als 1200mm betragen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Wälzlager, insbesondere ein Großwälzlager, mit mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring vorgeschlagen, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring Wälzkörper angeordnet sind, wobei die Wälzkörper durch einen oben beschriebenen Wälzlagerkäfig gehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Käfigsegments aus einem Metallblech vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte eines Auslösens einer ausgefalteten Form des Käfigsegments aus dem Metallblech und eines Biegen und/oder Faltens der ausgefalteten Form, um das Käfigsegment zu bilden, aufweist. Vorteilhafterweise kann die Herstellung des Käfigsegments in einer Stanz-Laser-Biegemaschine komplett oder kombiniert nacheinander durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht eines Käfigsegments gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2: eine weitere perspektivische Ansicht des Käfigsegments gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3: eine perspektivische Ansicht des Käfigsegments gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4: eine Explosionsansicht eines Wälzlagerkäfigs gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 5: eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Wälzlagerkäfigs gemäß der dritten Ausführungsform.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten eines Käfigsegments 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Käfigsegment 1 umfasst ein erstes Seitenelement 2 und ein zweiten Seitenelement 4, wobei das erste und zweite Seitenelement 2, 4 mittels eines ersten Stegs 6 und eines zweiten Stegs 8 verbunden sind. Dabei wird zwischen dem ersten und dem zweiten Seitenelement 2, 4 sowie dem ersten und zweiten Steg 6, 8 eine Tasche 10 gebildet, die dazu eingerichtet ist, zumindest einen Wälzkörper aufzunehmen.
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Das Käfigsegment 1 wird aus einem Metallblech hergestellt, indem das Käfigsegment in einer ausgefalteten bzw. abgewickelten Form durch Schneiden, Stanzen und/oder Nibbeln aus dem Metallblech gelöst wird und anschließend, beispielsweise durch Biegen und/oder Falten der ausgelösten Form, gebildet wird. Dabei können insbesondere Abschnitte des ersten und zweiten Stegs 6, 8 derart umgebogen werden, dass sich Anlaufflächen 12 für den in der Tasche 10 aufnehmbaren Wälzkörper bilden. Beispielsweise können die Abschnitte der Stege 6, 8 aufeinander gebogen bzw. gefaltet werden, so dass sich eine auf einer Seite offene Dreiecksform bildet, deren jeweilige Seiten die Anlaufflächen 12 bilden und deren Spitze die entsprechenden Stege 6, 8 bildet. Selbstverständlich sind auch andere Faltungen möglich, um die gewünschte Form für die Stege 6, 8 und die Anlauffläche 12 zu erhalten.
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Um insbesondere die Stabilität der Anlauffläche 12 zu verbessern, kann ferner eine Stützfläche 14 vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die eine Anlauffläche 12 eines jeweiligen Stegs 6 gegen die andere Anlauffläche 12 desselben Stegs 6, 8 abzustützen. Wie in 2 gesehen werden kann, kann die Stützfläche 14 in Form eines Stützstegs ausgebildet sein, der aus einem Bereich der Anlauffläche 12 eines der Stege 6, 8 ausgeschnitten wird und derart umgebogen wird, dass mittels der Stützfläche 14 die zwei aneinander liegenden Anlaufflächen 12 des jeweiligen Stegs 6, 8 sich gegeneinander abstützen.
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Ferner können an dem ersten und zweiten Seitenelement 2, 4 ein erstes Befestigungselement 16 bzw. zweiten Befestigungselement 18 angeordnet sein. Das erste und zweite Befestigungselement 16, 18 sind in dieser Ausführungsform durch einen Abschnitt des ersten bzw. zweiten Seitenelements 2, 4 gebildet, an dem jeweils zwei Ösen 20, 22 angeordnet sind, durch die ein Kopplungselement (hier nicht gezeigt) durchfädelbar ist.
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Die Ösen 20, 22 können beispielsweise an einer Lasche gebildet sein, die zunächst ausgelöst wird und beim anschließenden Biegen und/oder Falten des Käfigsegments 1 derart gebogen wird, dass sich die Öffnungen der Ösen 20, 22 so gegenüberliegen, dass das Kopplungselement durchgefädelt werden kann. Als Kopplungselement kann in diesem Fall ein Seil oder Draht verwendet werden, dessen Enden nach dem Durchfädeln miteinander verbunden werden. Durch das Kopplungselement und die Befestigungselemente 16, 18 können mehrere Käfigsegmente 1 zusammengehalten werden, wodurch ein aus den Käfigsegmenten 1 zusammengesetzter Käfigverbund an Stabilität gewinnt und/oder eine Montage des Käfigs vereinfacht werden kann.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Käfigsegments 1, bei der sich die jeweilige Stützfläche 14 über die gesamte Länge der jeweiligen Stege 6, 8 erstreckt. Das heißt, im Gegensatz zu der, in der 2 gezeigten Ausführungsform, werden bei dem Auslösen der Form des Käfigsegments 1 aus dem Metallblech keine Schnitte bzw. Trennlinien eingefügt, um einen Stützsteg aus einem Bereich der Anlauffläche 12 eines der Stege 6, 8 auszuschneiden, stattdessen wird ein Teil des Abschnitts, der die Anlauffläche 12 bildet, weiter umgebogen, so dass er sich gegen den Steg 6, 8 abstützen kann.
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Ferner weist das in der 3 gezeigte Käfigsegment 1 als Laschen ausgebildete Befestigungselemente 16, 18 auf, in die beispielsweise ein Kopplungselement eingehängt werden kann. Dabei wird die Grundform der Lasche beim Auslösen der Form des Käfigsegments 1 aus dem Abschnitt des Metallblechs ausgeschnitten, der beim fertigen Käfigsegment 1 die Seitenfläche 2, 4 bildet, und anschließend umgebogen, um die Lasche zu bilden.
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4 zeigt eine Explosionsansicht eines Wälzlagerkäfigs 30 mit einer Mehrzahl von Käfigsegmenten 34. Wie hier gezeigt ist, können die Käfigsegmente 34 auch als Mehrfachsegemente ausgebildet sein, wobei ein solches Mehrfachsegment jeweils mehrere nebeneinander angeordnete Taschen 10 aufweist, in die jeweils zumindest ein Wälzkörper aufnehmbar ist. Jedes Mehrfachsegment 34 kann, wie oben beschrieben, über ein Kopplungselement 32 mit einem weiteren Mehrfachsegment verbunden werden. Hierzu können die Kopplungselemente 32 mit den an den Käfigsegmenten vorgesehenen Befestigungselementen 16, 18 (siehe 1 bis 3) in Eingriff gebracht werden. Dabei kann, wie in der 4 gezeigt ist, auf beiden Seiten ein Kopplungselement 32 vorgesehen sein, oder nur an einer der beiden Seiten.
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Um die Käfigsegmente 30 auch untereinander zu verbinden, sind Verbindungselement 38, 40 vorgesehen, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, so dass benachbarte Käfigsegmente verbunden werden können. Diese Verbindungselement 38, 40 können, genau wie die in den 1 bis 3 gezeigten Befestigungselemente 16, 18, aus dem Metallblech durch Schneiden, Stanzen und/oder Nibbeln ausgelöst werden und anschließend durch entsprechendes Biegen und/oder Falten in die gewünschte Form gebracht werden.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagerkäfigs 30 gemäß einer alternativen Ausführungsform. In diesem Fall weist jedes Käfigsegment 1 nur eine Tasche auf. Das heißt, dass der Wälzlagerkäfig 30 mehrere Käfigsegmente 1 mit jeweils einer Tasche hat, in die jeweils ein Wälzkörper 36 aufgenommen ist. Dabei ist jeweils für jeden zweiten Wälzkörper ein Käfigsegment vorgesehen. Dafür kann ein jeweiliges Käfigsegment 1 sowohl eine Anlauffläche 12 auf zur Tasche 10 gerichteten Seite eines jeweiligen Stegs 6, 8 als auch auf der der Tasche 10 abgewandten Seite eines jeweiligen Stegs 6, 8 aufweisen. Wenn eine Anlauffläche 12 auch an der Außenseite eines jeweiligen Stegs 6, 8 gebildet ist, ist es ausreichend, wenn nur jeder zweite Wälzkörper in einem Käfigsegment 1 geführt wird.
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Um den Materialeinsatz und den Fertigungsaufwand zu reduzieren, wird vorgeschlagen, das Käfigsegment 1 aus einem Metallblech herzustellen, so dass auf ein material- und aufwandintensives zerspanendes Bearbeitungsverfahren verzichtet werden kann. Dabei wird bevorzugt das Käfigsegment in einer aufgefalteten Form aus dem Metallblech gelöst und anschließend durch Biegen und/oder Falten der ausgelösten, aufgefalteten Form des Käfigsegments geformt. Bevorzugt wird das Biegen und/oder Falten in derselben Maschine durchgeführt wie das Auslösen des Käfigsegments, wobei beispielsweise eine Stanz-Laser-Biegemaschine verwendet werden kann.
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Da kein zerspanendes Verfahren verwendet wird, ist der Materialeinsatz geringer und es fallen weniger Materialabfälle an. Dadurch können die Kosten für das Käfigsegment und folglich für einen Wälzlagerkäfig aus mehreren Käfigsegmenten reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Käfigsegment
- 2
- Ersten Seitenelement
- 4
- Zweiten Seitenelement
- 6
- Erster Steg
- 8
- Zweiter Steg
- 10
- Tasche
- 12
- Anlauffläche
- 14
- Stützfläche
- 16
- Befestigungselement
- 18
- Befestigungselement
- 20
- Öse
- 22
- Öse
- 30
- Wälzlagerkäfig
- 32
- Kopplungselement
- 34
- Käfigsegment
- 36
- Wälzkörper
- 38
- Verbindungselement
- 40
- Verbindungselement
