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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einführen eine Zapfens in eine Lagerbüchse und
eine Lagerbüchse,
bei der sich das erfindungsgemäße Verfahren
anwenden lässt.
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In
Lagerbüchsen
gelagerte Zapfen werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt,
beispielsweise bei Lenkungen in Kraftfahrzeugen oder bei insbesondere
in der Antriebstechnik von Kraftfahrzeugen verwendeten Kreuzgelenken.
Die folgende Beschreibung bezieht sich insbesondere auf Kreuzgelenke
als ein Anwendungsbeispiel, wobei die Erfindung aber keineswegs
auf diese spezielle Anwendung beschränkt ist, sondern generell die
Lagerung eines Zapfens in einer Lagerbüchse betrifft.
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Bei
der Montage eines Kreuzgelenks wird das Kreuzgelenk üblicherweise
ortsfest eingespannt und die Lagerbüchsen, in denen die Wälzkörper für die Kreuzgelenklagerung
bereits vormontiert sind, werden in Axialrichtung auf die Zapfen
des Kreuzgelenks zubewegt, so dass die Zapfen jeweils axial in eine
Lagerbüchse
eingeführt
werden. Im Falle von zylindrischen Wälzkörpern bereitet das Einführen des
Zapfens in die Lagerbüchse
in der Regel keine Schwierigkeiten.
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Sollen
dagegen kegelige Wälzkörper zum Einsatz
kommen, beispielsweise um eine spielfreie Lagerung des Zapfens in
der Lagerbüchse
zu ermöglichen,
so kann die Einführung
des Zapfens in die Lagerbüchse
erhebliche Probleme mit sich bringen, da der Durchmesser des von
den vormontierten Wälzkörpern gebildeten
inneren Hüllkreises
von der axialen Position der Wälzkörper in
der Lagerbüchse
abhängt.
In der Regel weisen Lagerbüchsen
für kegelige
Wälzkörper eine
kegelig ausgebildete innere Mantelfläche auf, deren Durchmesser
zum Boden der Lagerbüchse
hin kleiner wird. Dies hat zur Folge, dass der Durchmesser des inneren
Hüllkreises
um so kleiner ist, je weiter die Wälzkörper zum Boden hin verschoben
sind. Selbst wenn man die Wälzkörper möglichst
weit weg vom Boden der Lagerbüchse
platziert, so werden sie beim Einführen des Zapfens in die Lagerbüchse in
der Regel wieder zum Boden hin verschoben mit der Folge, dass der
Durchmesser des inneren Hüllkreises
reduziert wird und sich der Zapfen verklemmt und daher nur sehr
schwer oder überhaupt
nicht in die gewünschte
Position verschoben werden kann, bzw. dass es zur Beschädigung des Zapfens
und/oder von Wälzkörpern kommen
kann.
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Um
dieses Problem zu lösen
wird in der
DE 86 31
594 U1 vorgeschlagen, im Bereich des Bodens der Lagerbüchse einen
Druckring axial verschiebbar an den Stirnflächen der Kegelrollen anliegend
anzuordnen. Die Kegelrollen werden durch ein am entgegengesetzten
Ende der Lagerbüchse
angeordnetes Federelement axial gegen den Druckring gepresst und
so in der Lagerbüchse
radial fixiert. Der Boden der Lagerbüchse ist im Bereich des Druckrings
mit Durchgangsbohrungen versehen, in die beim Einführen des
Lagerzapfens in die Lagerbüchse
Bolzen eines Montagewerkzeugs eintauchen und den Druckring axial
verschieben. Zusammen mit dem Druckring werden auch die Wälzkörper axial
verschoben, so dass zwischen dem inneren Hüllkreis der Wälzkörper und
der äußeren Mantelfläche des
Lagerzapfens ein ausreichender Freiraum für eine problemlose Einführung des
Lagerzapfens in die Lagerbüchse
verbleibt. Sobald der Lagerzapfen die gewünschte Endposition erreicht
hat, werden die Bolzen zurückgefahren
und die Wälzkörper durch
das Federelement axial soweit verschoben, bis sie spielfrei zwischen
der Lagerbüchse
und dem Lagerzapfen angeordnet sind.
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Mit
der bekannten Lagerbüchse
lassen sich bei der Montage zwar sehr gute Ergebnisse erzielen, der
Herstellungs- und Montageaufwand ist jedoch relativ hoch.
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Aus
der
DE 696 05 324
T2 ist eine Lagerbaueinheit für ein Universalgelenk bekannt,
die eine Lagerpfanne, mehrere Lagernadeln, eine Dichtung und eine
Druckscheibe, die zwischen der Stirnwand der Lagerpfanne und einem
inneren Ende der Lagernadeln aufgenommen ist, aufweist. Die Druckscheibe weist
an ihrem Außenumfang
eine Kerbe auf, die eine Unterstützungsfläche für das innere
Ende der Lagernadeln schafft und in Kombination mit elastischen
Elementen auf der Rückseite
der Druckscheibe die Lagernadeln bis zur Montage der Lagerbaueinheit
unterstützt.
Beim Einführen
eines Drehzapfens in die Lagerbaueinheit bewegt sich die Druckscheibe
axial vom inneren Ende der Lagernadeln weg, so dass die Lagernadeln
einen axialen Spielraum besitzen und der Betrieb des Lagers durch
die elastische Einrichtung nicht beeinflusst wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Zapfens
in einer Lagerbüchse weiter
zu verbessern, wobei insbesondere der damit verbundene Aufwand möglichst
gering gehalten werden soll und eine spielfreie Lagerung des Zapfens
in der Lagerbüchse
erzielbar sein soll.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 beanspruchten
Montageverfahren und die in Anspruch 6 beanspruchte Lagerbüchse gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bezieht sich auf das Einführen
eines Zapfens in eine Lagerbüchse,
die eine Seitenwand und einen wenigstens partiell ausgebildeten
Boden aufweist und in der ein Satz von Wälzkörpern angeordnet ist. Gemäß der Erfindung
wird der Zapfen bis zu einer Zwischenposition axial in die Lagerbüchse eingeführt, wobei
die axiale Beweglichkeit der Wälzkörper durch
einen Axialanschlag begrenzt wird. Anschließend wird der Zapfen von der
axialen Zwischenposition bis zu einer axialen Endposition in die
Lagerbüchse
eingeführt
und dabei wird der Axialanschlag durch den Zapfen axial verschoben.
Die Wälzkörper werden
mittels eines Federelements zum Axialanschlag hin axial vorgespannt.
Gemäß einer
ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Axialanschlag
durch den Zapfen soweit axial verschoben, dass die Wälzkörper nicht
mehr am Axialanschlag anliegen. Stattdessen stellt sich die axiale
Position der Wälzkörper zwischen
dem Zapfen und der Lagerbüchse
so ein, dass eine spielfreie Lagerung vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass keinerlei Zusatzeinrichtungen für das Einführen des
Zapfens in die Lagerbüchse
erforderlich sind und dennoch eine spielfreie Lagerung des Zapfens
in der Lagerbüchse
erzielbar ist. Weiterhin sind keinerlei Justagevorgänge oder ähnliches
zur Erreichung der Spielfreiheit erforderlich, so dass sich das
erfindungsgemäße Verfahren
mit einem sehr geringen Aufwand realisieren lässt und eine schnelle Montage
ermöglicht.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Wälzkörper gegen den Axialanschlag
gepresst werden und damit gegen Herausfallen gesichert werden, wenn
in der Lagerbüchse
kein Zapfen angeordnet ist und dass das Federelement das Spiel der
Lagerung des Zapfens in der Lagerbüchse eliminiert.
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Gemäß einer
zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur axialen
Verschiebung des Axialanschlags durch den Zapfen ein Trägerelement
verformt, das am Boden der Lagerbüchse angeordnet ist und den
Axialanschlag abstützt.
Das Trägerelement
kann durch Einwirkung des Zapfens auf einen axialen Vorsprung des
Trägerelements
verformt werden. Bei dieser Einwirkung des Trägerelements kann der axiale
Vorsprung axial gestaucht werden. In seiner axialen Endposition kann
der Zapfen an einer axialen Anlauffläche des Trägerelements anliegen. Auf die
beschriebene Art und Weise lässt
sich der Axialanschlag ohne externe Hilfsmittel durch den Zapfen
axial verschieben, wobei das verwendete interne Hilfsmittel, nämlich der
axiale Vorsprung, gleichzeitig so modifiziert wird, dass es sich
nicht störend
auf den Betrieb der Lagerung auswirkt.
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Die
erfindungsgemäße Lagerbüchse zur Aufnahme
und drehbaren Lagerung eines Zapfens weist eine Seitenwand, einen
wenigstens partiell ausgebildeten Boden, einen Satz von Wälzkörpern und
ein Trägerelement
auf, dass am Boden der Lagerbüchse
angeordnet ist und mit einem Axialanschlag für die Wälzkörper ausgerüstet ist. Das Trägerelement
ist so ausgebildet, dass der Axialanschlag durch Einwirkung des
Zapfens auf das Trägerelement
axial verschiebbar ist. Die Wälzkörper rollen
bei vollständig
in die Lagerbüchse
eingeführtem
Zapfen spielfrei zwischen dem Zapfen und der Lagerbüchse ab.
Die erfindungsgemäße Lagerbüchse hat
den Vorteil, dass sie herkömmliche
Lagerbüchsen
ersetzen kann, wobei nach wie vor die gleichen Zapfen verwendet
werden können
und auch die Einrichtungen zum Einführen des Zapfens in die Lagerbüchse unverändert beibehalten
werden können.
Rein äußerlich
unterscheidet sich die Handhabung der erfindungsgemäßen Lagerbüchse nicht
von herkömmlichen
Lagerbüchsen.
Dennoch lässt
sich allein durch den Austausch einer herkömmlichen Lagerbüchse gegen
die erfindungsgemäße Lagerbüchse unter Beibehaltung
der sonstigen Gegebenheiten eine spielfreie Lagerung realisieren.
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Die
Lagerbüchse
kann ein Federelement aufweisen, das die Wälzkörper zum Axialanschlag hin
axial vorspannt. Bei vollständig
in die Lagerbüchse
eingeführtem
Zapfen liegen die Wälzkörper in
der Regel nicht am Axialanschlag an.
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Das
Trägerelement
kann einen axialen Vorsprung aufweisen, der bezüglich seiner Geometrie und/oder
seiner Materialeigenschaften so ausgebildet ist, dass über den axialen
Vorsprung eine Kraft in das Trägerelement
eingeleitet werden kann, durch die der Axialanschlag verschoben
wird und die Höhe des
Vorsprungs reduziert wird. Der axiale Vorsprung kann in der Nähe des Axialanschlags
angeordnet sein. Dies erleichtert das axiale Verschieben des Axialanschlags
durch Einwirkung des Zapfens.
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Das
Trägerelement
kann eine axiale Anlauffläche
für den
Zapfen aufweisen. Die axiale Anlauffläche kann beim Einführen des
Zapfens in die Lagerbüchse
als Endanschlag dienen und während
des Betriebs auf den Zapfen einwirkende Axialkräfte aufnehmen.
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Das
Trägerelement
kann insbesondere als Scheibe ausgebildet sein ein deren äußeren radialen Bereich
der Axialanschlag als abgewinkelter Bereich angeformt ist. Der axiale
Vorsprung kann als ringförmig
umlaufender Wulst ausgebildet sein. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Wälzkörper kegelförmig ausgebildet,
da sich damit auf sehr einfache Art und Weise eine Spielfreiheit
der Lagerung erzeugen lässt.
Die kegelförmigen
Wälzkörper werden durch
das Federelement soweit axial verschoben, bis sie spielfrei zwischen
dem Zapfen und der Lagerbüchse
abrollen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Lagerbüchse vor
Einführung
eines Zapfens in Schnittdarstellung,
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2 die
erfindungsgemäße Lagerbüchse mit
einem teilweise eingeführten
Zapfen in Schnittdarstellung und
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3 die
erfindungsgemäße Lagerbüchse mit
vollständig
eingeführtem
Zapfen in Schnittdarstellung.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Lagerbüchse in
Schnittdarstellung. Die Lagerbüchse
ist topfförmige
ausgebildet und weist eine auf ihrer Außenseite zylinderförmige Seitenwand 1 und
einen Boden 2 auf. Die Innenseite der Seitenwand 1 besitzt eine
kegelige Form, wobei sich der Kegel zum Boden 2 hin verjüngt, und
ist als Laufbahn 3 ausgebildet, auf der kegelförmige Wälzkörper 4 abrollen.
Die Wälzkörper 4 sind
so ausgerichtet, dass ihr Durchmesser zum Boden 2 hin abnimmt.
Am Boden 2 der Lagerbüchse
ist ein Trägerelement
in Form einer Anlaufscheibe 5 angeordnet, die auf ihrer
vom Boden 2 abgewandten Seite eine Anlauffläche 6 aufweist.
In ihrem radial äußeren Bereich
geht die Anlaufscheibe 5 in einen Axialanschlag 7 über, der
relativ zur Anlaufscheibe abgewinkelt ist und an dem die Wälzkörper 4 mit
ihren kleineren Stirnflächen
anliegen. Im Übergangsbereich
zum Axialanschlag 7 ist an der Anlaufscheibe 5 ein
axialer Vorsprung in Form eines ringförmig umlaufenden, axial überstehenden
Wulstes 8 ausgebildet. Der Wulst 8 ist radial
innerhalb des inneren Hüllkreises
angeordnet, der von den Wälzkörpern 4 gebildet
wird. Die Lagerbüchse
weist weiterhin ein Federelement in Form eines Federrings 9 auf,
der an den größeren Stirnseiten
der Wälzkörper 4 anliegt.
Der Federring stützt
sich auf einen Dichtring 10 ab, in den ein Versteifungsring 11 aus
Blech teilweise eingebettet ist. Der Versteifungsring 11 greift
wiederum in eine umlaufende Radialnut 12 in der Seitenwand 1 der
Lagerbüchse
ein und ist dadurch gegen axiales Verschieben gesichert. Axial neben
dem Dichtring 10 ist eine Vorschaltdichtung 13 angeordnet,
die in eine auf der Außenseite
der Seitenwand 1 umlaufende Radialnut 14 eingeschnappt
ist.
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Sämtliche
Komponenten der Lagerbüchse einschließlich der
Wälzkörper 4 sind
gegen Herausfallen gesichert, wobei insbesondere der Federring 9 eine entscheidende
Rolle spielt. Der Federring 9 spannt die Wälzkörper 4 zum
Axialanschlag 7 hin vor, so dass die Wälzkörper 4 zwischen dem
Axialanschlag 7 und dem Federring 9 eingeklemmt
sind und somit nicht herausfallen können. Der Federring 9 ist dadurch
ebenfalls verklemmt und gesichert. Durch die auf den Axialanschlag 7 übertragene
Federkraft wird die Anlaufscheibe 5 gegen den Boden 2 der
Lagerbüchse
gepresst und ist somit ebenfalls gegen Herausfallen gesichert. In
der in 1 dargestellten Konfiguration kann die Lagerbüchse dem
Montageprozess zugeführt
werden, bei dem beispielsweise ein Zapfen eines Kreuzgelenks oder
ein Wellenende einer Lenkwelle usw. in die Lagerbüchse eingeführt wird.
Diese Montage wird im folgenden anhand der 2 und 3 beschrieben.
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2 zeigt
die erfindungsgemäße Lagerbüchse, in
die ein Zapfen 15 bis zu einer Zwischenposition eingeführt ist,
in Schnittdarstellung. Zum Einführen
des Zapfens 15 in die Lagerbüchse wird der Zapfen 15 in
der Regel ortsfest eingespannt und die Lagerbüchse in Axialrichtung auf den
Zapfen zu bewegt. Je nach Anwendungsfall kann aber auch die Lagerbüchse eingespannt
werden und der Zapfen 15 bewegt werden. Das axiale Einführen des
Zapfens 15 in die Lagerbüchse ist problemlos möglich, da
zwischen der äußeren Mantelfläche des
Zapfens 15 und den Wälzkörpern 4 ein
kleiner Spalt 16 besteht. Der Spalt 16 resultiert
daraus, dass die Wälzkörper 4 durch
den Axialanschlag 7 daran gehindert sind, zusammen mit
dem Zapfen 15 zum Boden 2 der Lagerbüchse hin
verschoben zu werden. Bei ideal zentriertem Zapfen 15 und
ringsum an der Laufbahn 3 der Seitenwand 1 anliegenden
Wälzkörpern 4 ist
die Breite des Spaltes 16 gleich der halben Durchmesserdifferenz,
zwischen dem von den Wälzkörpern 4 gebildeten
inneren Hüllkreis
und der äußeren Mantelfläche des
Zapfens 15. Mit anderen Worten, beim Einführen des
Zapfens 15 in die Lagerbüchse ist ein gewisses Spiel
vorhanden. Das Spiel bleibt unverändert, bis der Zapfen 15 eine
Zwischenposition erreicht hat, in der seine Stirnseite 17 den
Wulst 8 berührt.
Beim weiteren Einführen
des Zapfens 15 in die Lagerbüchse wird die Stirnseite 17 des
Zapfens 15 gegen den Wulst 8 der Anlaufscheibe 5 gepresst.
Der Wulst 8 ist bezüglich
seiner Geometrie und/oder seiner Materialeigenschaften so ausgebildet,
dass durch das Anpressen des Zapfens 15 zum einen der Wulst 8 gestaucht
wird und zum anderen die Anlaufscheibe 5 im Übergangsbereich
zum Axialanschlag 7 in einer Weise verformt wird, dass
der Axialanschlag 7 zum Boden 2 der Lagerbüchse hin
verschoben wird. Unmittelbar nach dem Erstkontakt zwischen dem Zapfen 15 und
dem Wulst 8 wird insbesondere die Verformung der Anlaufscheibe 5 betrieben,
die zu einer axialen Verschiebung des Axialanschlags 7 führt, da
die Verformung in diesem Verfahrensstadium ungehindert möglich ist.
Wenn der Zapfen 15 nahezu seine axiale Endposition erreicht
hat, in der er mit seiner Stirnfläche 17 an der Anlauffläche 6 der Anlaufscheibe 5 anliegt,
wird insbesondere die Stauchung des Wulstes 8 durchgeführt, da
der Axialanschlag 7 nicht weiter in Axialrichtung nachgeben kann.
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In
dem Maße,
wie der Axialanschlag 7 durch die Einwirkung des Zapfens 15 auf
den Wulst 8 axial verschoben wird, rücken die Wälzkörper 4 getrieben durch
den Federring 9 nach, so dass sie weiterhin am Axialanschlag 7 anliegen.
Durch die Nachrückbewegung
der Wälzkörper 4 verringert
sich die Breite des Spaltes 16 zwischen den Wälzkörpern 4 und
dem Zapfen 15. Dieser Vorgang setzt sich solange fort,
bis die Spaltbreite auf Null reduziert ist, d. h. bis die Wälzkörper 4 einerseits
am Zapfen 15 und andererseits an der Seitenwand 1 der
Lagerbüchse
anliegen. In Folge der kegelförmigen
Ausbildung der Wälzkörper 4 und
der Laufbahn 3 der Lagerbüchse ist ab diesem Zeitpunkt
eine weitergehende axiale Verschiebung der Wälzkörper 4 zum Boden 2 hin
nicht möglich,
so dass beim weiteren Einführen
des Zapfens 15 in die Lagerbüchse der Axialanschlag 7 von
den Wälzkörpern 4 wegbewegt
wird und nicht mehr an den Stirnflächen der Wälzkörper anliegt. Statt dessen bewirkt
die Federkraft des Federrings 9, dass die Wälzkörper spielfrei
zwischen der Seitenwand 1 und den Zapfen 15 angeordnet
sind. Wenn der Zapfen 15 mit seiner Stirnfläche 17 die
Anlauffläche 6 der
Anlaufscheibe 5 berührt,
ist die Einführung
des Zapfens 15 in die Lagerbüchse beendet. Diese Situation
lässt sich
beispielsweise dadurch erkennen, dass die für das weitere Einführen benötigte Kraft
extrem steil ansteigt. Somit ist es möglich eine definierte Endposition
dadurch zu erreichen, dass der Zapfen 15 ”bis auf Anschlag
axial eingeführt
wird”,
d. h. bis mit einer vorgegebenen Kraft keine weitere Axialbewegung
des Zapfens 15 mehr erzielbar ist bzw. bis für jede weitere
Axialbewegung eine deutlich höhere
Kraft benötigt wird.
Alternativ dazu kann der Zapfen 15 auch bis zu einer vorgegebenen
Tiefe in die Lagerbüchse
eingeführt
werden, die aus der Geometrie der Lagerbüchse so ermittelt wird, dass
die Stirnfläche 17 des
Zapfens 15 gerade an der Anlauffläche 6 der Anlaufscheibe 5 anliegt.
Mit Erreichen der Endposition des Zapfens 15 ist der Montagevorgang
abgeschlossen.
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3 zeigt
die Lagerbüchse
mit dem vollständig
eingeführten
Zapfen 15 in Schnittdarstellung. In der dargestellten Konfiguration
kann die Lagerung in Betrieb genommen werden. Die Wälzkörper 4 rollen
spielfrei zwischen der Seitenwand 1 und dem Zapfen 15 ab.
Durch den Federring 9 wird sichergestellt, dass die Spielfreiheit
dauerhaft erhalten bleibt. Die Abrollbewegung der Wälzkörper 4 wird
durch den Axialanschlag 7 nicht behindert, da dieser die
Wälzkörper nicht
berührt.
Auf den Boden 2 zum Zapfen 15 hin wirkende Axialkräfte bzw.
auf den Zapfen 15 zum Boden 2 hin wirkende Axialkräfte können durch
den Kontakt zwischen der Anlauffläche 6 der Anlaufscheibe 5 und
der Stirnfläche 17 des
Zapfens 15 aufgenommen werden. Um die dabei auftretende
Reibung in vertretbare Grenzen zu halten, verfügt die Anlaufscheibe 5 im
Bereich der Anlauffläche 6 über gute Gleiteigenschaften.
Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Materialwahl und/oder
mittels in die Anlauffläche 6 eingebrachter
Vertiefungen erreicht werden, in die ein Schmiermittel eingelagert
ist.
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- 1
- Seitenwand
- 2
- Boden
- 3
- Laufbahn
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Anlaufscheibe
- 6
- Anlauffläche
- 7
- Axialanschlag
- 8
- Wulst
- 9
- Federring
- 10
- Dichtring
- 11
- Versteifungsring
- 12
- Radialnut
- 13
- Verschaltdichtung
- 14
- Radialnut,
- 15
- Zapfen
- 16
- Spalt
- 17
- Stirnfläche