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Vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem Lagerträger und mit einer von diesem getragenen Lagereinheit gemäß Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Fixiervorrichtung zum Fixieren eines stationären Lagerrings bei der Herstellung einer solchen Lageranordnung gemäß Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung gemäß Patentanspruch 10.
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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. Zur Befestigung des stationären Lagerrings an dem stationären Bauteil kann insbesondere ein Lagerträger verwendet werden, der durch Umspritzung des entsprechenden Lagerrings hergestellt wird. Die Lagereinheit wird dann über den Lagerträger an dem stationären Bauteil befestigt.
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Die Lagerringe selbst werden üblicherweise hochgenau gefertigt, beispielsweise durch abschließendes Schleifen, und weisen entsprechend hochgenau gefertigte Kontaktflächen auf. Wird nun jedoch der stationäre Lagerring mit dem Lagerträger umspritzt, führt dies dazu, dass die vorherige Genauigkeit nicht mehr erreicht wird. Wird nun die mit dem Lagerträger umspritzte Lagereinheit an eine entsprechende Gegenkontur des stationären Bauteils montiert, z.B. eingepresst, dann ist die Positionsgenauigkeit des stationären Bauteils in Bezug auf die Lageranordnung wesentlich schlechter, als es mit den ursprünglichen hochgenauen Kontaktflächen des stationären Lagerrings und des stationären Bauteils der Fall war.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, die trotz eines umspritzten Lagerträgers eine genaue Positionierung der Lageranordnung in Bezug auf das stationäre Bauteil ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1, eine Fixiervorrichtung gemäß Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
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Die vorgeschlagene Lageranordnung weist einen Lagerträger und eine von diesem getragene Lagereinheit auf. Die Lagereinheit ist dazu ausgelegt, 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 des Lagerträgers drehfest verbindbar ist.
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Bei dem stationären Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse handeln, wobei in diesem Fall der stationäre Lagerring üblicherweise der äußere Lagerring der Lagereinheit ist. Das rotierende Bauteil kann beispielsweise eine Welle o. ä. sein. Alternativ kann das stationäre Bauteil eine Nabe sein, wobei in diesem Fall der innere Lagerring der stationäre Lagerring ist.
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Um nun eine genaue Positionierung und Montage der Lageranordnung in Bezug auf das stationäre Bauteil zu ermöglichen, weist der Lagerträger zumindest eine Aussparung auf, die den stationären Lagerring an zumindest einem Abschnitt freilegt. Durch diesen freigelegten Abschnitt des stationären Lagerrings ist eine der hochgenau gefertigten Flächen des Lagerrings für eine Ausrichtung und Kontaktierung zur Montage an dem stationären Bauteil verfügbar. Im Gegensatz zu bisherigen Anordnungen von Lagerträgern, bei denen die hochgenau gefertigten Flächen des Lagerrings vollständig von dem Lagerträger umschlossen sind, ist bei der hier vorgeschlagenen Lageranordnung eine Kontaktierung des Lagerrings an einer solchen hochgenauen gefertigten Fläche, und damit auch eine Ausrichtung an dieser Fläche, nach wie vor möglich.
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Zusätzlich hat diese Aussparung des Lagerträgers bei der Herstellung der Lageranordnung, insbesondere bei der Fertigung des Lagerträgers, weitere Vorteile. Bislang wurden die Lagereinheiten bei der Fertigung des Lagerträgers immer an demjenigen Lagerring, der nicht umspritzt wurde, fixiert. Dies hat j edoch den Nachteil, dass der zu umspritzende Lagerring nicht direkt fixiert ist, sondern nur indirekt über den anderen Lagerring, was wiederum zur Folge hat, dass sich der zu umspritzende Lagerring, zumindest in einem gewissen Rahmen, noch bewegen kann. Insbesondere kann sich der zu umspritzende Lagerring in radialer, axialer und Umfangsrichtung bewegen. Dies führt zu Toleranzen bei der Herstellung des Lagerträgers und damit möglicherweise zu einem Spiel zwischen rotierbarem und stationärem Bauteil, z.B. zwischen Welle und Gehäuse, nach der finalen Montage der Lageranordnung.
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Wenn die Lagereinheit während des Spritzprozesses des Lagerträgers in der Bohrung des Innenringes fixiert wurde, wie es bislang der Fall war, dann weist die Lagerbohrung des Lagerträgers nach dem Abkühlen eine hohe Positionsungenauigkeit zum Lagerträger auf. Ursache ist die technisch unvermeidbare Lagerluft des Lagers zwischen Innen- und Außenring. Beispielsweise bei Elektromotoren führt dies nach Montage des Elektromotors dazu, dass die Rotorwelle (eingepresst in die Innenringbohrung) nun ebenfalls eine hohe Positionsungenauigkeit zum Stator hat, da sowohl der Stator als auch der Lagerträger im gemeinsamen Motorgehäuse fixiert wird. Dies ist insbesondere bei schnelllaufenden Antriebsmotoren von beispielsweise Elektrofahrzeugen nicht zielführend.
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Bei der hier vorgeschlagenen Lageranordnung wird bei der Herstellung des Lagerträgers der jeweils zu umspritzende Lagerring, in diesem Fall der stationäre Lagerring, durch eine Fixiervorrichtung, wie sie weiter unten beschrieben wird, fixiert. Da der zu umspritzende Lagerring fixiert wird, wird die Lagegenauigkeit zwischen dem Lagerring und der Umspritzung, d.h. dem umspritzten Lagerträger, aufgrund der nicht vorhandenen Bewegung des zu umspritzenden Lagerrings verbessert. Dies hat wiederum Vorteile bei der finalen Montage, da eine genauere Fertigung des Lagerträgers insbesondere in Bezug auf die Lagegenauigkeit zu weniger Toleranzen zwischen dem Lagerträger und dem stationären Bauteil führt und bei Elektromotoren damit zu einer hohen Positionsgenauigkeit zwischen Rotorwelle und Stator.
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Des Weiteren führt die Verwendung der Fixiervorrichtung zu den Aussparungen in dem Lagerträger, wie weiter unten näher erläutert wird. Diese Aussparungen wiederum führen zu den freiliegenden Abschnitten des stationären Lagerrings, die die oben beschriebenen Vorteile bieten. Der Zugriff auf die genau gefertigten Flächen des stationären Lagerrings verbessert die Positionsgenauigkeit zwischen Rotorwelle und Stator bei Elektromotoren noch zusätzlich.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Lagerträger mehrere Aussparungen auf, die umfänglich, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt sind. Vorzugsweise sind zumindest drei Aussparungen vorgesehen, die umfänglich verteilt sind. Auf diese Weise kann die Lageranordnung an diesen drei Aussparungen bzw. freiliegenden Abschnitten des stationären Lagerrings bei einer Montage der Lageranordnung in dem stationären Bauteil gegriffen werden. Zumindest drei Aussparungen und damit zumindest drei freiliegende Abschnitte des Lagerrings bieten eine stabile Greifmöglichkeit, da ein Ausweichen des Lagerrings hierdurch effektiv vermieden werden kann.
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Die Aussparungen können entweder als Sackloch, d. h. nicht durchgehende Öffnung, und/oder als axial durchgehendes Loch ausgebildet sein. Diese Aussparungen haben zum einen den Vorteil, dass die Ausgestaltung des Fixierwerkzeuges durch den Einsatz genormter Greiferelemente kostengünstig realisiert werden kann, und zum zweiten, im Falle axial durchgehender Löcher, ein Greifen mittels der Greiferelemente von beiden Seiten des Lagerträgers möglich ist, was wiederum eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung des Prozessablaufes erlaubt.
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Alternativ kann die Aussparung des Lagerträgers als umfängliche Stufe ausgebildet sein, d.h. dass sich die Aussparung vollständig umfänglich erstreckt. In diesem Fall kann sowohl die Fixiervorrichtung zur Herstellung des Lagerträgers als auch später eine Vorrichtung zur Montage der Lageranordnung an dem stationären Bauteil hülsenförmig ausgebildet sein und den stationären Lagerring umfänglich umfassen. Der Vorteil einer solchen hülsenförmigen, umfänglich umfassenden Fixiervorrichtung zeigt sich in einer drastisch reduzierten Gefahr einer Verformung des Lagerringes während der Fixierung.
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Der Lagerträger kann aus Kunststoff, vorzugsweise als Spritzteil, hergestellt sein. Insbesondere kann der Lagerträger aus einem Thermoplast oder Duroplast hergestellt sein. Auch eine Kombination dieser Materialien ist möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der freiliegende Abschnitt des stationären Lagerrings an einer Radialfläche des stationären Lagerrings vorgesehen, die den Lagerträger kontaktiert. Insbesondere kann die Radialfläche eine Außenfläche des stationären Lagerrings sein. Die Fixiervorrichtung zur Herstellung des Lagerträgers kann den stationären Lagerring in diesem Fall zum einen an einer Außenfläche kontaktieren und halten und zusätzlich an einer Stirnfläche des Lagerrings fixieren. Auf diese Weise kann bei der Herstellung des Lagerträgers sichergestellt werden, dass der stationäre Lagerring in keiner Richtung ausweichen kann. Bei der Montage der Lageranordnung in dem stationären Bauteil ist es insbesondere bevorzugt, wenn sich der freiliegende Abschnitt an einer Außenfläche des stationären Lagerrings befindet, da diese Außenfläche besonders gut geeignet ist, um als Ausrichtungsfläche in Bezug auf das stationäre Bauteil zu dienen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des stationären Lagerrings bei der Herstellung der Lageranordnung, wie sie oben beschrieben ist, vorgeschlagen. Die Fixiervorrichtung ist dazu ausgebildet, den stationären Lagerring zu halten, und ist des Weiteren dazu ausgebildet, mit einem Spritzwerkzeug zusammenzuwirken, um den gehaltenen stationären Lagerring mit dem Lagerträger zu umspritzen.
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Wie bereits oben erläutert, fixiert die Fixiervorrichtung denjenigen Lagerring, der mit dem Lagerträger umspritzt werden soll. Im Gegensatz dazu wurde bisher derjenige Lagerring fixiert, der nicht umspritzt wurde. Durch die Fixierung des zu umspritzenden Lagerrings kann nun sichergestellt werden, dass die Lagereinheit in Bezug auf den Lagerträger eine verbesserte Positionierung hat. Da der zu umspritzende Lagerring fixiert ist, kann der Lagerträger in Bezug auf diesen Lagerring sehr genau gefertigt werden, was wiederum zu einer hohen Positionsgenauigkeit sowohl der Lagereinheit in Bezug auf den Lagerträger, als auch der Lageranordnung in Bezug auf das stationäre Bauteil und damit auch des rotierbaren Bauteils in Bezug auf das stationäre Bauteil führt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine solche Lageranordnung, wie sie durch die Fixiervorrichtung hergestellt werden kann, in schnelllaufenden Antriebsmotoren verwendet wird, die eine hohe Positionsgenauigkeit der Rotorwelle zu dem Stator erfordern.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Fixiervorrichtung Fixierklauen auf, die dazu ausgebildet sind, in Kontakt mit den freiliegenden Abschnitten des stationären Lagerrings zu sein. Die Fixierklauen werden verwendet, um den stationären Lagerring zum einen zu greifen, und zum anderen zu positionieren und zu fixieren. Wird nun der Lagerträger über das Spritzwerkzeug eingespritzt, bilden diese Fixierklauen Stellen, an denen nach Beendigung der Herstellung des Lagerträgers die Aussparungen des Lagerträgers gebildet sind. Diese Aussparungen haben des Weiteren den Vorteil, dass durch sie die Fixierklauen auf einfache Weise entfernt werden können.
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Die oben in Bezug auf die Lageranordnung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten für die Fixiervorrichtung entsprechend und umgekehrt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, wie sie oben beschrieben ist, vorgeschlagen. Das Verfahren weist die Schritte auf: Fixieren des stationären Lagerrings, an dem der Lagerträger vorzusehen ist, und Umspritzen des fixierten stationären Lagerrings mit dem Lagerträger. Wie bereits oben erläutert, wird zunächst der stationäre Lagerring durch eine Fixiervorrichtung fixiert und anschließend wird ein Spritzwerkzeug um den stationären Lagerring und die Fixiervorrichtung angeordnet. In dieses Spritzwerkzeug wird dann das Material des Lagerträgers eingespritzt, z.B. ein Kunststoffmaterial, um den Lagerträger zu bilden. Nach dem Abkühlen und der Aushärtung des Lagerträgers können dann sowohl das Spritzwerkzeug als auch die Fixiervorrichtung entfernt werden.
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Die oben in Bezug auf die Lageranordnung sowie die Fixiervorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.
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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 einer Lageranordnung mit einem Lagerträger;
- 2: eine perspektivische Schnittansicht der Lageranordnung von 1; und
- 3: eine Schnittansicht einer Fixiervorrichtung zur Herstellung der Lageranordnung von 1 und 2.
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Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt eine Lageranordnung 1 mit einem Lagerträger 2, in dem eine Lagereinheit angeordnet ist, die einen Innenring 4 und einen Außenring 6 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 4 ist als rotierbarer Lagerring ausgebildet und der Außenring 6 ist als stationärer Lagerring ausgebildet und mit dem Lagerträger 2 verbunden. Zwischen den Lagerringen 4, 6 sind Wälzkörper 8 angeordnet, wie insbesondere in 2 zu sehen ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lagereinheit 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 (nicht dargestellt) weist der Lagerträger 2 Aufnahmen, in diesem Fall Durchgangsöffnungen 10 auf, in die Befestigungsmittel, 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 12 mit den Aufnahmen 10 und eine Schulter 14 auf, in deren Mitte die Lagereinheit angeordnet ist.
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Im Bereich der Schulter 14 weist der Lagerträger 2 mehrere Aussparungen 16 auf. Diese Aussparungen 16 führen dazu, dass Abschnitte 18 des Lageraußenrings 6 freiliegend sind. Diese Abschnitte 18 können bei der Montage der Lageranordnung 1 in dem stationären Bauteil, z.B. dem Gehäuse, verwendet werden, um einen Zugriff auf die hochgenau gefertigte Fläche des Außenrings 6 zu ermöglichen und dadurch eine genaue Ausrichtung der Lageran-ordnung 1 in Bezug auf das stationäre Bauteil zu erlauben.
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Die Aussparungen 16 bzw. die freiliegenden Abschnitte 18 haben des Weiteren bei der Herstellung des Lagerträgers 2 den Vorteil, dass eine Fixiervorrichtung 20, wie sie im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird, an diesen freiliegenden Abschnitten 18 den Lageraußenring 6 greifen und fixieren kann. Der Lagerträger 2 wird dann an dem Lageraußenring 6 umspritzt, wobei diese Abschnitte 18 frei bleiben.
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Eine Fixiervorrichtung 20, wie sie zur Herstellung des Lagerträgers 2 verwendet wird, wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Fixiervorrichtung 20 weist Fixierklauen 22 sowie ein optionales Halteelement 24 auf. Das Halteelement 24 kann verwendet werden, um sowohl den Innenring 4 als auch den Außenring 6 in axialer Richtung zu fixieren. Die Fixierklauen 22 wiederum kontaktieren eine radiale Außenfläche des Außenrings 6 an verschiedenen Abschnitten, die nach Fertigung des Lagerträgers 2 die freiliegenden Abschnitte 18 bilden.
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Die Fixierklauen 22 können entweder den Lageraußenring 6 an mehreren Stellen kontaktieren und greifen. Alternativ können die Fixierklauen 22 auch als eine Hülse ausgebildet sein und den Lageraußenring 6 umfänglich vollständig umfassen.
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Nachdem der Lageraußenring 6 durch die Fixiervorrichtung 20 fixiert wurde, können Spritzwerkzeuge 26, 28 angeordnet werden und anschließend das Material des Lagerträgers 2 in diese eingeführt werden. Hierzu können die Spritzwerkzeuge 26, 28 eine Öffnung aufweisen, in die das Kunststoffmaterial des Lagerträgers 2 eingespritzt wird. Nachdem das Material des Lagerträgers 2 abgekühlt und ausgehärtet ist, können sowohl die Spritzwerkzeuge 26, 28 als auch die Fixiervorrichtung 20 wieder entfernt werden. An den Abschnitten, an denen die Fixierklauen 22 den Lageraußenring 6 kontaktiert haben, befinden sich nun die Aussparungen 16 des Lagerträgers 2.
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Somit haben die Aussparungen 16 des Lagerträgers 2 bzw. die freiliegenden Abschnitte 18 des Lageraußenrings 6 zum einen den Vorteil, dass sie während der Herstellung des Lagerträgers 2 eine Kontaktierung des Lageraußenrings 6 durch die Fixierklauen 22 ermöglichen, und haben zum anderen nach der Fertigstellung des Lagerträgers 2 den Vorteil, dass die freiliegenden Abschnitte 18 des Lageraußenrings 6 einen Zugriff auf die hochgenau gefertigten Flächen des Lageraußenrings 6 zur Montage der Lageranordnung 1 in einem Gehäuse bieten.
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Durch die hier beschriebene Lageranordnung wird zum einen eine genaue Fertigung eines Lagerträgers ermöglicht und zum anderen eine Lageranordnung bereitgestellt, die eine genaue Positionierung an einem stationären Bauteil erlaubt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Lagerträger
- 4
- Innenring
- 6
- Außenring
- 8
- Wälzkörper
- 10
- Aufnahmen
- 12
- Flansch
- 14
- Schulter
- 16
- Aussparungen
- 18
- freiliegende Abschnitte
- 20
- Fixiervorrichtung
- 22
- Fixierklauen
- 24
- Halteelement
- 26
- Spritzwerkzeug
- 28
- Spritzwerkzeug
