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Vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einer Lagereinheit gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Wälzlager können zur Lagerung von rotierenden Bauteilen in Bezug auf stationäre Bauteile, beispielsweise als Los- oder Festlager zur Lagerung einer rotierenden Welle in einem Gehäuse, verwendet werden. Dabei werden die Lagerringe mit dem rotierenden und dem stationären Bauteil, z.B. dem Gehäuse und der Welle, so verbunden, dass diese Verbindung unter allen Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen der Anwendung möglichst konstant fixiert bleibt.
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Bei derartigen Lageranordnungen kann es jedoch gerade beim Einsatz in modernen Elektromaschinen zu schädigenden Stromdurchgängen durch die Lageranordnung bzw. die Lagereinheit kommen. Um solche Stromdurchgänge zu vermeiden, können beispielweise Keramikwälzkörper verwendet werden, die nichtleitend sind. Allerdings steigen durch solche Wälzkörper die Herstellungskosten der Lageranordnungen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, bei der schädigende Stromdurchgänge durch das Lager verhindert werden, und die gleichzeitig günstig herzustellen und einfach zu montieren ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die vorgeschlagene Lageranordnung weist eine Lagereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, ein rotierendes Bauteil relativ zu einem stationären Bauteil zu lagern. Die Lagereinheit weist einen ersten stationären und einen zweiten rotierbaren Lagerring auf, wobei der rotierbare Lagerring mit dem rotierenden Bauteil verbindbar ist und wobei der stationäre Lagerring mit dem stationären Bauteil mittels eines Lagerträgers drehfest verbindbar ist.
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Die Lageranordnung kann sowohl als Loslager als auch als Festlager dienen. Bei einer Implementierung als Festlager ist der stationäre Lagerring mit dem stationären Bauteil nicht nur drehfest, sondern auch axial fest verbunden. Bei einer Implementierung als Loslager ist der stationäre Lagerring mit dem stationären Bauteil zwar drehfest verbunden, ist aber axial verschiebbar, um thermische Ausdehnungen kompensieren zu können.
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Der rotierbare Lagerring ist in beiden Fällen fest mit dem rotierenden Bauteil verbindbar. Eine derartige feste Verbindbarkeit kann beispielsweise mittels Sprengringen oder einem Presssitz herbeigeführt werden.
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Bei dem stationären Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse handeln. Um den stationären Lagerring mit dem Gehäuse drehfest zu verbinden, kann ein Lagerträger verwendet werden. Der Lagerträger ist fest mit dem Gehäuse verbindbar, wobei in dem Lagerträger wiederum der stationäre Lagerring im Wesentlichen drehfest, aber unter Umständen axial verschiebbar, befestigt ist. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Lageranordnung als eine vormontierte Einheit aus Lagerträger und Lagereinheit bereitgestellt ist. Dadurch kann die gesamte Lageranordnung einfach an dem Gehäuse befestigt werden, ohne dass bei der Montage die Toleranzen der einzelnen Bauteile separat und mühsam eingestellt werden müssen.
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Um schädigende Stromdurchgänge durch die Lagereinheit zu vermeiden, weist der Lagerträger zumindest ein elektrisch leitendes Element auf. Dieses elektrisch leitende Element kann zum einen einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem stationären Bauteil bereitstellen und damit zur Stromableitung und Erdung dienen und kann zum anderen auch das Freiwerden von elektromagnetischen Emissionen eines Elektromotors verhindern.
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Um schädliche Stromdurchgänge durch die Lagereinheit zu vermeiden, kann das elektrisch leitende Element des Weiteren einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen der Lagereinheit und dem stationären Bauteil bereitstellen. Das elektrisch leitende Element kontaktiert dabei sowohl das stationäre Bauteil als auch die Lagereinheit beispielsweise an dem stationären Lagerring. Durch diese Kontaktierung wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem stationären Bauteil und der Lagereinheit bereitgestellt, wodurch eine Erdung der Lagereinheit über das stationäre Bauteil erfolgt.
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Vorzugsweise kann der Lagerträger aus einem nicht leitenden Material, insbesondere aus Thermoplast und/oder aus Duroplast, gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass der Lagerträger aus einem sehr leichten Material hergestellt werden kann, um steigende Anforderungen an eine Gewichtsreduzierung von solchen Lageranordnungen zu erfüllen. Da die Erdung über das elektrisch leitende Element erfolgt, muss das Material des Lagerträgers selbst nicht leitend sein.
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Duroplasten, sind harte Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional vernetzt sind. Sie bieten den Vorteil, dass sie im Betrieb auch bei Wärme ihre Festigkeit behalten und eine geringe Wärmeausdehnung aufweisen, was zu einer hohen Maßstabilität führt.
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Thermoplasten haben den Vorteil, dass sie bei geringeren Temperaturen als Duroplaste verarbeitet werden können, was die Beeinträchtigung der Lagereinheit durch hohe Temperaturen während der Herstellung des Lagerträgers reduziert.
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Der Lagerträger kann zumindest teilweise an der Außendurchmesserfläche oder der Innendurchmesserfläche des stationären Lagerrings angeordnet sein. Ist er an der Außendurchmesserfläche angeordnet, kann es sich bei dem stationären Bauteil um beispielsweise ein Gehäuse handeln, mit dem der Lagerträger verbunden wird. Ist der Lagerträger an der Innendurchmesserfläche des stationären Lagerrings angeordnet, kann es sich bei dem stationären Bauteil beispielsweise um eine Nabe handeln, mit der der Lagerträger verbunden wird.
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Das stationäre Bauteil kann mit dem Lagerträger mittels Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, verbunden werden. Der Lagerträger kann wiederum mit dem stationären Lagerring mittels Reibschluss, mittels Formschluss und/oder mittels Stoffschluss verbunden sein.
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Das elektrisch leitende Element kann in den Lagerträger eingeformt sein. Beispielsweise kann der Lagerträger um das elektrisch leitende Element herum gegossen oder gespritzt sein. Das bedeutet, dass das elektrisch leitende Element während des Herstellungsprozesses des Lagerträgers in diesen eingebettet werden kann, so dass kein separater Schritt erforderlich ist.
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Das elektrisch leitende Element kann Metall und/oder Kohlestofffasern aufweisen. Beispielsweise können mehrere Kohlestofffasern in den Lagerträger eingeformt sein, die einen leitenden Kontakt zwischen der Lagereinheit und dem stationären Bauteil ermöglichen. Alternativ kann das elektrisch leitende Element auch in der Form einer Folie, eines Blechs oder eines Gitters vorliegen, die jeweils in den Lagerträger eingeformt sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt das elektrisch leitende Element einen direkten leitenden Kontakt mit dem stationären Bauteil bereit. In diesem Fall ist das elektrisch leitende Element derart angeordnet, dass es eine direkte Verbindung zwischen der Lagereinheit und dem stationären Bauteil bereitstellt.
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Alternativ kann das elektrisch leitende Element auch einen indirekten leitenden Kontakt mit dem stationären Bauteil über ein Befestigungselement bereitstellen. Beispielsweise kann das elektrisch leitende Element einen direkten Kontakt zwischen der Lagereinheit und einer Schraube bereitstellen, wobei die Schraube als Befestigungselement wiederum mit dem stationären Bauteil verbunden ist. Das Befestigungselement sollte dabei elektrisch leitend sein, um den leitenden Kontakt zwischen dem stationären Bauteil und der Lagereinheit über das Befestigungsmittel und das elektrisch leitende Element zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch leitende Element mindestens ein Befestigungselement aufweisen, das zur Befestigung des Lagerträgers an dem stationären Bauteil ausgebildet ist. Vorzugsweise kann ein solches Befestigungsmittel, z.B. eine Bohrung, Niet oder Gewinde, direkter Bestandteil des elektrisch leitenden Elements sein, d.h. direkt in das elektrisch leitende Element integriert sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das elektrisch leitende Element in seiner Form an die Kontaktierung zwischen der Lagereinheit und dem stationären Bauteil angepasst sein. Das bedeutet, dass die Form des elektrisch leitenden Elements je nachdem, ob es sich um einen indirekten leitenden Kontakt über ein Befestigungselement oder einen direkten leitenden Kontakt mit dem stationären Bauteil handelt, unterschiedlich geformt bzw. gekrümmt sein kann, um die entsprechende Kontaktierung zu ermöglichen. Das elektrisch leitende Element kann dabei als Scheibe ausgebildet sein, kann eine Stufenform oder Napfform aufweisen, oder kann sonstige Krümmungen aufweisen, um jeweils die Kontaktierung zu ermöglichen.
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Bevorzugt ist das elektrisch leitende Element nicht über den vollen Umfang des Lagerträgers ausgebildet, sondern erstreckt sich nur in einem begrenzten Abschnitt des Umfangs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrisch leitende Element außen an dem Lagerträger angeordnet und weist ein Kontaktelement zur direkten Kontaktierung des stationären Bauteils auf. In dieser Ausführungsform ist das elektrisch leitende Element nicht in den Lagerträger eingeformt, sondern ist an einer Außenfläche des Lagerträgers angebracht, beispielsweise durch Aufspritzen, Aufdampfen, Kleben, Drucken, Beschichten etc. Das elektrisch leitende Element kann die Form eines Deckels, eines Rings, einer Hülse, etc. haben, das jeweils auf/in den Lagerträger aufgepresst, eingeschnappt oder aufgeklebt oder mit diesem verschweißt oder verlötet ist. Das elektrisch leitende Element kann auch schichtförmig aufgebaut und aufgebracht werden, beispielweise durch ein 3D-Druckverfahren.
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Des Weiteren kann das elektrisch leitende Element durch ein Beschichtungsverfahren auf den Lagerträger aufgebracht und mit dem Lagerträger verbunden werden. Das elektrisch leitende Element bildet in diesem Fall eine auf die Oberfläche des Lagerträgers aufgebrachte leitende Schicht.
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Die Verwendung eines separaten elektrisch leitenden Elements, das auf der Oberfläche des Lagerträgers angeordnet ist, hat den Vorteil, dass das elektrisch leitende Element besonders einfach auch nachträglich noch auf den Lagerträger aufgebracht werden kann. Um das stationäre Bauteil zu kontaktieren, kann das elektrisch leitende Element in diesem Fall ein Kontaktelement aufweisen, welches einen direkten Kontakt mit dem stationären Bauteil ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Lagerträger einen Gewindeeinsatz zur Verbindung mit dem stationären Bauteil auf und das elektrisch leitende Element stellt einen Kontakt zwischen dem stationären Bauteil und der Lagereinheit über den Gewindeeinsatz bereit. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktierung zwischen der Lagereinheit und dem stationären Bauteil von der Seite des Lagerträgers aus über einen Gewindeeinsatz erfolgt, in den von der anderen Seite des stationären Bauteils eine Schraube oder ein Gewinde eingeschraubt werden kann. In diesem Fall erfolgt die elektrische Kontaktierung also über das elektrisch leitende Element, den Gewindeeinsatz, sowie das Befestigungsmittel in dem stationären Bauteil.
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Die hier vorgeschlagene Lageranordnung hat den Vorteil, dass zum einen eine einzige vormontierte Lageranordnung bereitgestellt wird, die durch das Formen der Lagereinheit in den Lagerträger mit einer formschlüssigen und/oder reibschlüssigen Verbindung zwischen Lagereinheit und Lagerträger ermöglicht wird. Zum anderen wird zusätzlich ein integriertes elektrisch leitendes Element bereitgestellt, welches einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen Lagereinheit und stationärem Bauteil vorsieht. Dadurch wird eine einfach zu handhabende Einheit aus Lagereinheit und Lagerträger bereitgestellt, die eine sichere Fixierung der Lagereinheit, eine Gewichtsreduktion, insbesondere bei einem Lagerträger aus Kunststoff, und die Vermeidung von Stromdurchgängen durch die Lagereinheit ermöglicht.
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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 erste perspektivische Ansicht einer in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit;
- 2: eine zweite perspektive Ansicht der in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit;
- 3: eine Schnittansicht einer in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit mit einem elektrisch leitenden Element gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 4: eine Schnittansicht einer in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit mit einem elektrisch leitenden Element gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 5: eine Schnittansicht einer in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit mit einem elektrisch leitenden Element gemäß einer dritten Ausführungsform; und
- 6: eine Schnittansicht einer in einem Lagerträger angeordneten Lagereinheit mit einem elektrisch leitenden Element gemäß einer vierten Ausführungsform.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die angehängten Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Lageranordnung 1 mit einem Lagerträger 2, in dem eine Lagereinheit 4 angeordnet ist, die einen Innenring 6 und einen Außenring 8 aufweist. Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen eine Lageranordnung 1, die beispielsweise für die Lagerung einer Welle in einem Gehäuse eingesetzt werden kann, wobei das Gehäuse stationär und die Welle rotierend ist. Selbstverständlich ist die Lageranordnung 1 auch bei anderen Anwendungen z.B. einem stationären Bolzen und einem rotierenden Gehäuse einsetzbar.
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Der Innenring 6 der Lagereinheit 4 ist als rotierbarer Lagerring ausgebildet und der Außenring 8 ist als stationärer Lagerring ausgebildet und mit dem Lagerträger 2 verbunden. Zwischen den Lagerringen 6, 8 sind Wälzkörper 10 angeordnet, die von einem Käfig 12 geführt und gleichmäßig beabstandet gehalten werden (siehe dazu insbesondere die 3 bis 6).
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Lagereinheit 4 als Kugellager ausgebildet, es sind jedoch auch sämtliche anderen Arten von Wälzlagern, wie beispielsweise Rollenlager, oder Gleitlagern möglich.
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Zur Befestigung an dem Gehäuse 24 weist der Lagerträger 2 mehrere Aufnahmen, in diesem Fall Durchgangsöffnungen 14, auf, in die Befestigungsmittel 26, z.B. Schrauben, eingeführt werden können. Andere Aufnahmen wie beispielsweise Gewindedurchhalsungen oder separate Inserts sind ebenfalls möglich.
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Der Lagerträger 2 weist in den dargestellten Ausführungsbeispielen einen Flansch 16 mit den Aufnahmen 14 und eine Schulter 18 auf, in deren Mitte die Lagereinheit 4 angeordnet ist. Der Flansch 16 weist eine gewisse Dicke auf, um eine stabile Befestigung an dem Gehäuse zu ermöglichen. Wie in 2 gezeigt ist, weist der Flansch 16 auf einer Seite Aussparungen 20 auf. Diese dienen dazu, den Lagerträger 2 leicht zu machen, während er gleichzeitig durch die verbleibenden Stege 22 stabil bleibt.
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Um eine elektrische Abschirmung bzw. Ableitung der Lagereinheit 4 zu ermöglichen, weist der Lagerträger 2 ein elektrisch leitendes Element 30 auf, wie in 3 gezeigt ist. In der hier gezeigten Ausführungsform hat das elektrisch leitende Element 30 die Form einer Scheibe, die eine Kontaktierung zwischen der Lagereinheit 4 an der Stelle 38 und dem Gehäuse 24 an der Stelle 36 ermöglicht. Die Kontaktierung zwischen dem elektrisch leitenden Element 30 und dem Gehäuse 24 erfolgt dabei über das Befestigungsmittel 26, welches ebenfalls elektrisch leitend ist. Durch die Kontaktierung zwischen dem Befestigungsmittel 26 und dem elektrisch leitenden Element 30 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Lagereinheit 4, bzw. dem Lagerring 8, und dem Gehäuse 24 herstellt.
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Das elektrisch leitende Element 30 ist nicht vollumfänglich in dem Lagerträger 2 integriert, sondern kann nur in einem Abschnitt vorgesehen sein.
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In einer alternativen Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, ist das elektrisch leitende Element 30 stufenförmig ausgebildet und stellt einen direkten leitenden Kontakt zwischen der Lagereinheit 4 und dem stationären Bauteil 20 bereit. Das elektrisch leitende Element 30 kontaktiert an der Stelle 38 die Lagereinheit 4 und ist dann stufenförmig so ausgebildet, dass es an das Gehäuse 24 geführt wird. Auf diese Weise ist ein direkter Kontakt des elektrisch leitenden Elements 30 an der Stelle 36 mit dem Gehäuse 24 gegeben. Zusätzlich zur direkten Kontaktierung erfolgt auch eine indirekte Kontaktierung über das Befestigungsmittel 26, wie es auch bereits in 3 beschrieben ist.
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Gemäß wiederum einer anderen Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, bei der das elektrisch leitende Element 30 wieder die Form einer Scheibe hat, erfolgt eine Kontaktierung zwischen der Lagereinheit 4 und dem Gehäuse 24 über einen Gewindeeinsatz 40. Wie hier gezeigt ist, werden der Lagerträger 2 und das Gehäuse 24 nicht von der Seite des Lagerträgers 2 aus miteinander verbunden, sondern von der Seite des Gehäuses 24. Daher ist auf der Seite des Lagerträgers 2 ein Gewindeeinsatz 40 in den Lagerträger 2 integriert, der eine Mutter für das Befestigungsmittel 26 darstellt. Die Kontaktierung zwischen der Lagereinheit 4 und dem Gehäuse 24 erfolgt in diesem Fall von der Kontaktstelle 38 zwischen der Lagereinheit 4 und dem elektrisch leitenden Element 30 über das elektrisch leitende Element 30 bis zu einer Kontaktstelle 36 zwischen dem elektrisch leitenden Element 30 und dem Gewindeeinsatz 40, der wiederum über das Befestigungsmittel 26 den elektrischen Kontakt mit dem Gehäuse 24 bereitstellt.
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In wiederum einer anderen Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, kann das elektrisch leitende Element 30 auf einer äußeren Oberfläche des Lagerträgers 2 aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Aufdampfen, Kleben, Spritzen etc. erfolgen. Das elektrisch leitende Element 30 kontaktiert auch hier die Lagereinheit 4 an der Stelle 38, führt dann an dem Lagerträger 2 außen entlang bis zu dem Gehäuse 24. Die Kontaktierung erfolgt hier über ein Kontaktelement 42, welches die Kontaktstelle 38 mit dem Gehäuse 24 bildet. Alternativ kann das Kontaktelement 42 weggelassen werden, und die Kontaktierung erfolgt lediglich über das elektrisch leitende Element 30 in der Form einer dünnen Schicht.
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Durch die hier vorgeschlagene Lageranordnung wird zum einen bereits vormontierte und einfach an dem Gehäuse zu befestigende Lageranordnung bereitgestellt, die leicht ist, und eine elektrische Ableitung bzw. Erdung über das Gehäuse ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Lagerträger
- 4
- Lagereinheit
- 6
- Innenring
- 8
- Außenring
- 10
- Wälzkörper
- 12
- Käfig
- 14
- Aufnahmen
- 16
- Flansch
- 18
- Schulter
- 20
- Aussparungen
- 22
- Stege
- 24
- Gehäuse
- 26
- Befestigungselement
- 30
- elektrisch leitendes Element
- 32
- axiale Sicherungselemente
- 34
- Kontaktfläche
- 36, 38
- Kontaktstellen
- 40
- Gewindeeinsatz
- 42
- Kontaktelement
