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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Axial-Radial-Wälzlager mit einer integrierten Messeinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Axial-Radial-Wälzlager dienen beispielsweise der Rund- oder Schwenktischlagerung oder kommen als Kippmomentenlager in Werkzeugmaschinen zum Einsatz, z. B. bei Rundtischen, Schwenktischen und ähnlichen Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Axial-, Radial- und Kippsteifigkeit ankommt. Bei derartigen Anwendungen ist es häufig erforderlich, hochgenau die Drehstellung des Rundtischs zu erfassen, also die exakte Winkellage. Hierzu ist der zusätzliche Verbau einer Messeinrichtung erforderlich, über die die Winkelerfassung erfolgt.
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In
EP 2 753 838 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers, mit einem inneren Lagerring und einem äußeren Lagerring, die relativ zueinander bewegbar sind, offenbart. Dabei ist entweder am inneren Lagerring oder am äußeren Lagerring eine Maßverkörperung angebracht. Diese wird durch einen Sensor, welcher an einer Befestigungsfläche am anderen Lagerring angebracht ist, erfassbar gemacht.
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DE 10 2014 203 517 A1 offenbart ein Wälzlager mit einer integrierten Winkelmesseinrichtung, einem Lagerinnenring, einem Lageraußenring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern sowie mit einer ringförmigen Maßverkörperung, die einem einen Sensor aufweisenden Messkopf gegenüberliegt, wobei zwischen dem Messkopf und der Maßverkörperung ein festgelegter Abstand eingestellt ist. Der Messkopf ist mittels eines Adapters an einer feststehenden Komponente des Wälzlagers befestigt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Axial-Radial-Wälzlager anzugeben.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Axial-Radial-Wälzlager, welches einen um eine axial ausgerichtete Rotationsachse angeordneten Au-ßenring und einen konzentrisch angeordneten Innenring umfasst, wobei am Innenring eine quer zur Rotationsachse, dem Außenring gegenüberliegende, Radialnut vorgesehen ist, in die ein Radialvorsprung des Außenrings eingreift, wobei die einander gegenüberliegenden axialen Grenzflächen der Radialnut und des Radialvorsprungs die Axiallaufbahnen für in der Radialnut des Innenrings aufgenommene Axialwälzkörperreihen bilden und am Außenring beidseits des Radialvorsprungs jeweils eine radial zum Innenring hin ausgerichtete Radialnut vorgesehen ist, wobei die einander gegenüberliegenden radialen Grenzflächen der Radialnuten und der radialen Außenseiten des Innenrings die Radiallaufbahnen für in den Radialnuten des Außenrings aufgenommene Radialwälzkörperreihen bilden. In dem erfindungsgemäßen Wälzlager liegen Außen- und Innenring einander radial, also quer zur axial ausgerichteten Rotationsachse gegenüber. Der Außenring weist radial umlaufende Aussparungen auf, um einen Teil der Radiallaufbahnen zu bilden. Den zweiten Teil der Radiallaufbahnen bilden die dem Außenring radial gegenüberliegenden radialen Außenseiten des Innenringes. Auf diesen Radiallaufbahnen laufen Radialwälzkörper in Radialwälzkörperreihen. Dies sind insbesondere Zylinderrollen, können aber auch Kugelwälzkörper, Nadelrollen oder anders geartete Wälzkörper sein. Der Innenring weist axial mittig umlaufend eine radiale Aussparung auf. Die axial innenliegenden Grenzflächen des verbleibenden Innenrings weisen einen Teil an Axiallaufbahnen für Axialwälzkörper auf. Ein zweiter Teil der Axiallaufbahnen wird von axial gegenüberliegenden Grenzflächen eines Radialvorsprungs am Außenring gebildet. Dieser ist axial mittig angeordnet. Auf diesen Axiallaufbahnen rollen Wälzkörper in Axialwälzkörperreihen ab. Als Wälzkörper können insbesondere Zylinderrollen, jedoch auch Kugelwälzkörper, Nadelrollen oder anders geartete Wälzkörper zum Einsatz kommen. Um das Winkelmaß in derartigen Lagern zu erfassen, sind im Stand der Technik die oben angeführten Messsysteme ausgewiesen. Diesen ist jedoch gemeinsam, dass sie separat bezogen und montiert werden müssen. Hierfür müssen entsprechend Bauraum und Konturen vorgesehen werden. In vielen Fällen werden Messsysteme nachgerüstet, sodass die Messsysteme im Nachgang unter großem Aufwand in die Umgebungskonstruktion eingepasst werden müssen. Nach ihrer Installation sind diese Messsysteme äußeren Einflüssen ausgesetzt. Überwiegend werden in derartigen Messsystemen Maßverkörperungen verwendet, die sensibel auf äußere Einflussgrößen reagieren. Beispielsweise kann mechanischer Druck eine Maßverkörperung für einen induktiven Sensor zerstören oder zusätzliche metallische Komponenten, die beispielsweise bei der Wartung eines Rundtisches zum Einsatz kommen, stören ein zur Erfassung erforderliches Magnetfeld. Auch können Vibrationen oder sonstige im Betrieb auftretende Effekte einer zusätzlichen Komponente, an welcher das Messsystem montiert ist, die Erfassung von Messwerten erschweren. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass ein Wälzlager sowohl eine robuste Messeinrichtung aufweisen als auch den Bauraum handelsüblicher Axial-Radial-Wälzlager beibehalten muss, um wirtschaftlich zu sein. Das erfindungsgemäße Axial-Radial-Wälzlager weist einen Außenring mit einer radial verlaufende Durchgangsbohrung auf, in welche eine Messeinrichtung integriert ist, welche mit einem Messmittel kommunizieren kann. Der Außenring weist einen Hohlraum auf, welcher mittels einer Durchgangsbohrung geschaffen wird. Dieser kann unter anderem zylindrisch, langlochförmig oder quaderförmig sein. Die Messeinrichtung des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist nicht an einer äußeren Mantelfläche einer Komponente des Wälzlagers angebracht, sondern direkt in eine Lagerkomponente integriert. Dies bietet den Vorteil, dass die gesamte Messeinrichtung gegenüber störenden Umgebungsfaktoren geschützt ist. Der die Messeinrichtung umgebende Außenring schützt die Komponenten der Messeinrichtung, wie Messelektronik und Schnittstellen, vor mechanischen Störungen. Je nach Anwendungsfall kann zudem das Messmittel, mit welchem die Messeinrichtung interagiert, in den Au-ßenring integriert werden. Dieser Lösungsansatz ermöglicht stabile und zuverlässigen Messungen. Die Integration der Messeinrichtung in den Außenring birgt darüber hinaus den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum für die Messeinrichtung am Rundtisch vorzusehen ist. Damit kann der Bauraum unter Einbehaltung der auf dem Markt etablierten Einbaumaße ausgelegt werden. Neben einer Integration der Messeinrichtung in den Außenring ist grundsätzlich auch eine Integration in den Innenring denkbar. Die die Messeinrichtung aufnehmende Durchgangsbohrung und die Ausführung der übrigen Lagerkomponenten sind in diesem Fall entsprechend anzupassen. Mit der vorliegenden Lösung kann eine Integration einer Messeinrichtung in ein Rundtischlager als zuverlässige und wirtschaftliche Plug and Play'-Lösung realisiert werden.
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Vorzugsweise ist das das Messmittel ein induktives oder optisches oder magnetoresistives Messmittel. Das Messmittel kann unterschiedlicher Art sein und auf unterschiedliche Messverfahren ausgelegt sein. Bevorzugtermaßen kommen ein induktives, ein optisches oder ein magnetoresistives Messmittel zum Einsatz. Die über das Messmittel ausgegebenen Messsignale können über geeignete Signalleitungen zu der Messeinrichtung geführt werden. Diese Signalleitungen können fester integrierter Bestandteil der Messeinrichtung sein. Denkbar ist aber auch, dass an der Messeinrichtung entsprechende Schnittstellen zur kontaktlosen Signalübertragung vorhanden sind. Die Messeinrichtung kann wiederum mit einer Steuereinrichtung verbunden sein.
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Bevorzugtermaßen weist der Innenring eine Maßverkörperung auf, welche durch das Messmittel erfasst werden kann. Verzugsweise weist der Innenring eine Maßverkörperung auf, welche ein Winkelmaß sein kann, und welche über das Messmittel erfassbar ist. Damit kann eine äußerst hochauflösende und sehr exakte Winkelermittlung ermöglicht werden. Im erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlager ist die Maßverkörperung vor äußeren Störgrößen geschützt, da sie von allen Seiten von Komponenten des Wälzlagers umgeben ist. Damit ist sie für mechanische Störgrößen nicht zugänglich.
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Bevorzugtermaßen schließt sich das Messmittel radial an die Messeinrichtung an. Vorzugsweise ist das Messmittel der Messeinrichtung in radialer Richtung vorgelegt. Es ist also dem Innenring radial direkt gegenüberliegend. Zwischen Messeinrichtung und Messmittel kann radial ein Abstand eingehalten werden. Alternativ kann das Messmittel auch direkt der Messeinrichtung folgen oder anteilig in die Messeinrichtung integriert sein. Dabei kann das Messmittel selbst ebenso wie die Messeinrichtung komplett vom Außenring umgeben sein. Alternativ kann das Messmittel anteilig vom Außenring umgeben sein oder auch dem Außenring überstehen. Damit kann je nach Funktionsweise eine dem Messmittel entsprechende Platzierung des Messmittels festgelegt werden. Vorzugsweise ist das Messmittel mittels einer Steckverbindung an die Messeinrichtung ansteckbar. Bevorzugtermaßen weist die Messeinrichtung eine Kontaktstelle auf, die an die Messeinrichtung angesteckt oder eingesteckt werden kann. Umgekehrt kann auch die Messeinrichtung die entsprechende Steckverbindung aufweisen. Die Steckverbindung erlaubt unter anderem eine entsprechende analoge oder serielle Signalübertragung.
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Bevorzugtermaßen verjüngt sich die Durchgangsbohrung zum radialen, dem Innenring gegenüberliegenden, Ende hin. In einer weiteren Ausführungsform verjüngt sich die Durchgangsbohrung stufenweise. In einer bevorzugten Ausführungsform verringert sich der Innenumfang der durch die Durchgangsbohrung verursachten Ausnehmung in Richtung des Innenrings. Diese Verkleinerung der Durchgangsbohrung ist vorzugsweise sprunghaft umgesetzt. Damit findet die Messeinrichtung im Anteil des Außenrings mit der größeren Ausnehmung ausreichend Platz. Gleichzeitig kann die Messeinrichtung durch die sich anschließende, verkleinerte Ausnehmung radial in Position gehalten werden. Die Verjüngung der Durchgangsbohrung dient also zusätzlich zur Fixierung der Messeinrichtung. Der durch die Verjüngung verkleinerte Hohlraum bietet Platz für Verkabelungen und Kontaktstellen.
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Vorzugsweise beträgt der radiale Abstand zwischen dem axial außen liegenden Abschnitt des Radialbord am Außenring und der radial gegenüberliegenden Außenseite des Innenrings weniger als 0,1 mm. Bevorzugtermaßen weist der Außenring an seinen axialen Randbereichen, welche dem Innenring radial gegenüberliegen, einen Abstand zum Innenring auf, welcher kleiner als 0,1 mm ist. Ein Spalt solcher Abmessung erfüllt die Funktion einer Dichtung und hält Verunreinigungen davon ab, ins Lager einzutreten. Weitere Dichtungen sind damit an dieser Stelle nicht erforderlich, da durch Einstellen des Abstands zwischen Außenring und Innenring eine Spaltdichtung realisiert werden kann. Die Spaltdichtung fördert einen störungsfreien Messbetrieb, da Verunreinigungen wie Schmutz- oder Metallpartikel sowohl von der Messeinrichtung und dem Messmittel als auch von der Maßverkörperung abgeschirmt werden.
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Bevorzugtermaßen können Verbindungskomponenten axial beidseitig eingebracht sein. Vorzugsweise können Verbindungskomponenten, wie Befestigungsschrauben oder Bolzen axial auf beiden Seiten der Lagerringe eingebracht sein. Damit ist sowohl ein Rechtsanschlag, ein Linksanschlag oder auch eine Mischung in der Verschraubung oder sonstigen Verbindung von Anbauteilen oder Lagerkomponenten möglich. Bei einem Rundtischlager werden in der Regel der Außenring und der Innenring wechselseitig gegenüber an den jeweiligen Anbauteilen angeschraubt, das heißt, dass die Befestigungsschrauben des Außenrings von der einen Seite und die des Innenrings von der anderen Seite eingeschraubt sind. Es gibt aber auch Anwendungen mit gleichseitigen Verschraubungen. Um dies seitens des Außenrings zu ermöglichen, sieht eine Ausgestaltungsalternative des Außenrings oder Innenrings vor, dass der Au-ßenring oder der Innenring angeordnete Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben aufweist. Somit können auf beiden Seiten entsprechende Senkungen zur Aufnahme der Schraubenköpfe vorgesehen werden. Aufgrund der Identität der Bohrungsbilder ist es somit möglich, den Außenring bzw. den Innenring sowohl von der einen als auch von der anderen Seite anzuschrauben.
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Bevorzugtermaßen weist der Außenring eine radial verlaufende Durchgangsbohrung auf, welche sich zum radialen, dem Innenring gegenüberliegenden, Ende hin verjüngt, wobei in die Durchgangsbohrung eine Messeinrichtung integriert ist, welche über ein Stecksystem mit einem Messmittel verbunden ist, wobei das Messmittel sich radial an die Messeinrichtung anschließt und das Messmittel eine am Innenring angeordnete, dem Außenring radial gegenüberliegende, Maßverkörperung erfassen kann. Vorzugsweise ist im Außenring ein Hohlraum eingebracht, welcher eine Messeinrichtung aufnimmt. Der Hohlraum ist als eine durch den Außenring durchgehende Bohrung ausgestaltet. Das Ausmaß der Durchgangsbohrung verringert sich radial, in Richtung des Innenrings führend. Die Messeinrichtung oder ein Messmittel weisen Steckkontakte auf, über welche sie miteinander in Verbindung stehen. Das Messmittel schließt sich radial an die Messeinrichtung an, sodass das Messmittel dem Innenring gegenüberliegt. Das Messmittel kann eine Maßverkörperung, welche der Innenring an einer Stelle aufweist, die dem Messmittel radial gegenüberliegt, detektieren. Die Maßverkörperung kann beispielsweise ein Winkelmaß sein, welches von dem Messmittel am Außenring erfasst und an die Messeinrichtung kommuniziert wird.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager ist bevorzugt ein Rundtisch- oder ein Schwenktischlager, jedoch ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Lagers nicht auf diese beiden Lagertypen beschränkt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und zeigt in:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlagers in einer geschnittenen Teilansicht.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes, um eine axial verlaufende Rotationsachse 50 angeordnetes, Axial-Radial-Wälzlager 1, umfassend einen Außenring 2 und einen Innenring 3, bestehend aus zwei Innenringteilen 3a und 3b. Der Außenring 2 weist einen Radialvorsprung 4 auf, der in eine nach außen offene Radialnut 5 des Innenrings 3 eingreift. Die einander gegenüberliegenden Grenzflächen des Radialvorsprungs 4 und der Radialnut 5 bilden jeweils Axiallaufbahnen 6, 7 für Axialwälzkörperreihen 8, die jeweils aus einer Mehrzahl von Axialwälzkörpern 9 bestehen, die im gezeigten Beispiel vollrollig, also nicht käfiggeführt sind.
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Die Axialwälzkörper 9 sind beidseits bordgeführt, wozu an jedem Innenringteil 3a, 3b im Nutbereich ein erster Bord 10 und am Radialvorsprung 4 ein zweiter Bord 11 ausgebildet ist, an denen die Axialwälzkörper 9 anlaufen.
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Die Innenringteile 3a, 3b liegen im gezeigten Beispiel flächig aneinander. Zur Einstellung der Vorspannung in den beiden Axiallagern ist es denkbar, zwischen die beiden Innenringteilen 3a, 3b eine Distanzscheibe zu legen oder einen definierten Spalt vorzusehen, um ihren Abstand und damit die Breite der Radialnut 5 einstellen zu können.
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Am Außenring 2 sind, beidseits des Radialvorsprungs 4, zwei radial nach innen offene Radialnuten 12 ausgebildet, deren radiale Grenzfläche jeweils eine Radiallaufbahn 13 bilden. Die gegenüberliegenden radialen Grenzflächen des Außenumfangs der Innenringteile 3a, 3b bilden die gegenüberliegenden Radiallaufbahnen 14, auf welchen Radialwälzkörperreihen 15, jeweils gebildet durch eine Mehrzahl von Radialwälzkörpern 16 wälzen, die auch hier exemplarisch vollrollig, also nicht käfiggeführt sind. Die Radialwälzkörper 16 sind auch hier beidseits bordgeführt, wozu im Bereich jeder Radialnut 12 zwei Borde 17 ausgebildet sind.
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Die Radialnuten 12 am Außenring 2 sind an den beiden Ringseiten über jeweils einen Radialbord 18 begrenzt, welcher sich bis nahe an die Außenseite 19 der jeweiligen Innenringteile 3a, 3b zieht, so dass zwischen den gegenüberliegenden Radialflächen an Außenring 2 und Innenring 3 ein nur sehr schmaler Dichtspalt verbleibt. Die Außenseite 19 des Innenrings 3 bildet gleichzeitig die Radiallaufbahnen 13, 14 für die Radialwälzkörper 16. Über die radial nach innen gezogenen Radialborde 18 in Verbindung mit dem gebildeten Dichtspalt ist sichergestellt, dass es zu keinem Schmiermittelabfluss kommt.
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Beim erfindungsgemäßen Axial-Radial-Wälzlager 1 sind zwei Axiallagerungen vorgesehen sowie zwei Radiallagerungen, wobei die Radiallagerungen radial gesehen weiter außen liegen als die Axiallagerungen. Neben einer hohen Axialtragfähigkeit und -steifigkeit, resultierend aus den beiden Axiallagern, zeigt das Axial-Radial-Wälzlager 1 auch eine hohe Radialtragfähigkeit und -steifigkeit. Diese resultiert aus den beiden hier vorgesehenen Radiallagern, die radial gesehen weiter außen liegen als die Axiallager und axial gesehen relativ weit voneinander beabstandet sind, so dass hierüber auch eine sehr gute Abstützung von Kippmomenten gegeben ist. Sowohl am Innenring 3 als auch am Außenring 2 sind schematisch Verbindungskomponenten 20, 21 dargestellt, beispielsweise Schrauben oder Bolzen. Hierüber können Komponenten untereinander verbunden werden oder Anbauteile mit den Lagerringen verbunden werden. Bei Verbindungskomponente 20 ist stellvertretend dargestellt, dass der Anschlag beidseitig ausgeführt sein kann.
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Integriert in den Außenring 2 ist eine Messeinrichtung 40, welche in eine Durchgangsbohrung 30 im Außenring 2 aufgenommen ist. Die Messeinrichtung 40 ist mit einem Messmittel 41 verbunden, welches sich radial an die Messeinrichtung 40 anschließt. Das Messmittel 41 kann eine Maßverkörperung 42, welche sich am Innenring 3 befindet, erfassen. Messeinrichtung 40 und Messmittel 41 sind vollständig in den Außenring 2 integriert. Dadurch wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Auch Drittgegenstände wie Kabel, Leitungen, Schläuche können komplett in die Durchgangsbohrung 30 aufgenommen werden. Durch die Integration in den Außenring 2 werden Messeinrichtung 40 und Messmittel 41 vor äußeren insbesondere mechanischen Störgrößen geschützt. Die am Innenring 3 angeordnete Maßverkörperung 42 ist ebenfalls vor äußeren mechanischen Störgrößen geschützt. Sie ist umgeben von radialen Stegen am Innenring 3, welche durch die Radialnut 5 verbleiben, die Wälzkörperreihen 8, 15 und durch den Außenring 2. Zudem schützt der geringe radiale Abstand zwischen dem radialen Randbereich des Außenrings 2 und der radialen Außenseite 19 des Innenrings 3 die Messeinrichtung 40, das Messmittel 41 und die Maßverkörperung 42 vor Verunreinigungen. Das Axial-Radial-Wälzlager 1 trägt einem „Plug and Play‟-Ansatz mit robuster Winkelerfassung unter Einhaltung von Standardbauraummaßen Rechnung. Aufwändige Ein- und Anpassungsmaßnahmen der umgebenden Komponenten und entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axial-Radial-Wälzlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 3a
- Innenringteil
- 3b
- Innenringteil
- 4
- Radialvorsprung
- 5
- Radialnut
- 6
- Axiallaufbahn
- 7
- Axiallaufbahn
- 8
- Axialwälzkörperreihe
- 9
- Axialwälzkörper
- 10
- Bord
- 11
- Bord
- 12
- Radialnut
- 13
- Radiallaufbahn
- 14
- Radiallaufbahn
- 15
- Radialwälzkörperreihe
- 16
- Radialwälzkörper
- 17
- Bord
- 18
- Radialbord
- 19
- Außenseite
- 20
- Verbindungskomponente
- 21
- Verbindungskomponente
- 30
- Durchgangsbohrung
- 40
- Messeinrichtung
- 41
- Messmittel
- 42
- Maßverkörperung
- 50
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2753838 B1 [0003]
- DE 102014203517 A1 [0004]
