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Die Erfindung betrifft eine Lagerschale,
insbesondere eine exzentrische Kurbelzapfen-Lagerschale für den Kurbeltrieb
einer Brennkraftmaschine.
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Aus
DE 101 08 461 A1 ist ein axial geteilter Exzenterring
für eine
(Hubkolben-) Brennkraftmaschine bekannt, über welchen eine Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine in einem Kurbelgehäuse verstellbar gelagert ist.
Der Exzenterring ist mit einer Paßschraubenanordnung versehen,
durch welche dessen beide Ringhälften
miteinander verschraubt sind.
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Aus
DE 197 03 948 C1 ist eine Exzenter-Verstellvorrichtung
bekannt, die eine im Bereich eines Kurbelzapfenauges eines Pleuels
angeordnete Exzenterschale aufweist, wobei durch Schwenken der Exzenterschale
innerhalb des Kurbelzapfenauges, der Abstand einer Kolbenbolzenachse
von der zugeordneten Hubzapfenachse der Kurbelwelle, im Rahmen der
Achs-Exzentrizität
der Exzenterschale veränderbar
ist. Durch die Änderung
des Abstandes einer Kolbenbolzenachse von einer Kurbelzapfenachse
wird es möglich,
insbesondere die obere Totpunkt-Position des Kolbens einer Brennkraftmaschine – und damit
das Verdichtungverhältnis – zu verändern. Durch
Bereitstellung unterschiedlicher Verdichtungsverhältnisse
wird es möglich,
den bei Betrieb eines Kraftfahrzeuges variierenden Motorbetriebsbedingungen,
insbesondere hinsichtlich Abgasqualität, Wirkungsgrad und – im Hochlastbereich – der Vermeidung
von Motorklopfen verbessert Rechnung zu tragen.
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Aus
EP 0 438 121 A1 ist ebenfalls eine Exzenter-Verstellvorrichtung
für den
Kurbelbetrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dieser herkömmlichen
Exzenter-Verstellvorrichtung
erfolgt eine Fixierung der Lagerschalenanordnung in einer jeweils
gewünschten
Schwenkposition durch Beaufschlagung eines Arretierstiftes, der
im Pleuelschaft oder Pleueldeckel angeordnet ist, mit Drucköl.
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Bei den herkömmlichen Lagerschalenanordnungen,
insbesondere bei deren Ausbildung als Exzenterschalen zur Bereitstellung
unterschiedlicher Kompressionsverhältnisse, können beim Aufbau eines hinreichend
tragfähigen
Schmierfilmes Probleme auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Lagerschalenanordnung, insbesondere eine Exzenterschalenanordnung
für den
Kurbeltrieb einer Brennkraftmaschine zu schalten, bei welcher sm
Bereich der Lager- bzw. Laufflächen
der Lagerschalenanordnung ein hinreichend tragfähiger Schmierfilm auf zuverlässige Weise
aufgebaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Lagerschale für
einen Kurbeltrieb mit einem längs
geteilten Lagerbuchsenabschnitt, der eine erste Lagerschalenhälfte und
eine zweite Lagerschalenhälfte
umfaßt,
einer an einem ersten Axialendbereich des Buchsenabschnitts ausgebildeten
Ringflanschstruktur und einer, an einem, dem ersten Axialendbereich
gegenüberliegenden
zweiten Axialendbereich des Lagerbuchsenabschnitts ausgebildeten zweiten
Ringflanschstruktur, wobei die beiden Lagerschalenhälften über eine
erste und eine zweite Stoßstelle
aneinander grenzen und diese Lagerschale sich dadurch auszeichnet,
daß im
Bereich der ersten und zweiten Ringflanschstruktur, die jeweilige
Stoßstelle überbrückende Zugbrückenelemente
vorgesehen sind, und diese Zugbrückenelemente
stoffschlüssig
mit der zugeordneten Ringflanschstruktur verbunden sind.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte
Weise möglich,
die beiden Lagerschalenhälften
unabhängig
von dem in einem Pleuelauge verbleibenden Bewegungsspiel, positionsgenau
miteinander zu koppeln, so daß im
Bereich der Stoßstellen
keine unzulässig starke
Beeinträchtigung
eines sich hier gegebenenfalls aufbauenden hydrodynamischen Schmierfilms eintritt.
Die erfindungsgemäße Lagerschale
kann in be sonders vorteilhafter Weise als Exzenterbuchse für einen
Kurbeltrieb mit veränderbarem
Kompressionsverhältnis
verwendet werden, da zur leichtgängigen
Bewegung der Lagerschale in einem entsprechenden Pleuelauge ein
vergleichsweise großes
Bewegungsspiel insbesondere im Bereich von 0,8 bis 3‰ des Lager-Durchmessers zulässig ist,
ohne daß hierbei
die Gefahr besteht, daß sich
im Bereich der Stoßstellen
der Lagerschalenhälften
ein als Ölhobel wirkender
Versatz der Lagerschalenhälften
ergibt.
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In vorteilhafter Weise sind die Lagerschalenhälften durch
Bruchtrennung vereinzelt, so daß die sich
zwischen den beiden Lagerschalenhälften erstreckenden Stoßstellen
als rauhe Bruchflächen
ausgebildet sind. Hierdurch wird eine besonders genaue Positionierung
der Lagerschalenhälften
zueinander erreicht.
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In vorteilhafter Weise sind die Zugbrückenelemente
als Ringabschnitte ausgebildet, die sich bogenartig entlang der
jeweiligen Ringflanschstruktur erstrecken.
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Jedes der Zugbrückenelemente ist vorzugsweise
derart ausgebildet, daß dieses
einen Wulstabschnitt aufweist, der einen in radialer Richtung nach außen weisenden
Außenflächenbereich
der jeweiligen Ringflanschstruktur, zumindest abschnittsweise übergreift.
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Vorzugsweise weisen die Zugbrückenelemente
auch eine der jeweiligen Ringflanschstruktur zugewandte Radial-Sitzfläche auf,
die in Montageposition auf der Ringflanschstruktur aufsitzt.
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Die vorzugsweise bogenartig ausgebildeten Zugbrückenelemente
erstrecken sich in vorteilhafter Weise über einen Umfangswinkel von
wenigstens 60°.
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Eine besonders hoch feste stoffschlüssige Koppelung
der Zugbrückenelemente
mit der jeweiligen Ringflanschstruktur wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die
Zugbrückenelemente
mit der jeweiligen Ringflanschstruktur verklebt sind. Die Verklebung
erfolgt vorzugsweise durch hinreichend temperaturbeständige Polymerklebstoffe,
wie beispielsweise Epoxid-Klebstoffe, oder auch anaerobe Klebstoffe.
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Alternativ zu der Schaffung einer
stoffschlüssigen
Verbindung unter Verwendung von Klebestoffen – oder auch in Kombination
mit dieser Maßnahme ist
es möglich,
die Zugbrückenelemente
mit dem jeweiligen Ringflanschabschnitt, stoffschlüssig zu
verschweißen.
Die Verschweißung
kann insbesondere durch ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren oder auch durch
Punktschweißverfahren
erfolgen, so daß in
dem zwischen den Zugbrückenelementen
und der jeweiligen Ringflanschstruktur gemeinsam begrenzten Kontaktbereich,
nur lokal Zonen mit stoffschlüssiger
Verbindung ausgebildet sind.
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Insbesondere bei der Verwendung eines
Klebestoffes zur Schaffung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen
den Zugbrückenelementen
und der jeweiligen Ringflanschstruktur ist es in vorteilhafter Weise
möglich,
im Bereich der Stoßstellen
Kavernen auszubilden, die diese Stoßstellen durchsetzen, wobei
diese Kavernen im Rahmen des Klebevorgangs mit einem Klebstoffmaterial
ausgefüllt
werden und damit, die Stoßstellen
durchsetzende Anker entstehen.
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Insbesondere in Kombination mit der
vorangehend beschriebenen Maßnahme
ist es möglich,
in einem zwischen der jeweiligen Ringflanschstruktur und dem darauf
aufsitzenden Zugbrückenelement begrenzten
Innenraum, so auszugestalten, daß ein in diesem Zwischenraum
aufgenommener und ausgehärteter
Verbindungsstoff, insbesondere Klebstoff, ein Strukturbauteil bildet,
das die beiden Lagerhälften formschlüssig miteinander
koppelt.
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Die Koppelung der Zugbrückenelemente
mit dem entsprechenden Abschnitt der Ringflanschstruktur erfolgt
in vorteilhafter Weise nach dem zunächst die beiden Lagerschalenhälften auf
den ihnen zugeordneten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle aufgesetzt worden
sind. Die auf den Kurbelzapfen aufgesetzten Lagerschalenhälften werden
vorzugsweise zunächst durch
eine Spann- bzw. Abdeckvorrichtung auf dem Kurbelzapfen zusammen
geklemmt, wobei die Spann- oder Abdeckvorrichtung solange auf der
Lagerschale verbleibt, bis eine hinreichend belastbare Verbindung
zwischen den Zugbrückenelementen und
der Ringflanschstruktur erreicht ist. Über die Spann- und Abdeckvorrichtung
ist. es möglich,
insbesondere bei der Schaffung einer stoffschlüssigen Verbindung im Wege eines
Schweißvorganges,
die Lagerschale derart zu kühlen,
daß eine
unzulässig hohe
thermische Belastung, insbe sondere der auf dem Kurbelzapfen aufsitzenden
Innenfläche
der Lagerschale vermieden ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
der Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 Eine
perspektivische Ansicht einer zweiteiligen Exzenterbuchse mit stoffschlüssig angekoppelten
Zugbrückenelementen;
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2 Eine
perspektivische Ansicht der Exzenterbuchse nach 1 jedoch ohne Zugbrückenelemente;
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3 Eine
perspektivische Ansicht der Lagerschale nach 1 mit darin eingezeichneter Bruchtrenn-Stoßstelle;
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4a, b, e Jeweils einen Kurbelwellenabschnitt
mit darauf aufgesetzter Exzenterbuchse zur Erläuterung eines bevorzugten Montageablaufes.
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Die in 1 dargestellte
Lagerschale ist zweiteilig ausgebildet und umfaßt eine erste Lagerschalenhälfte 1 und
eine zweite Lagerschalenhälfte 2.
Die beiden Lagerschalenhälften 1, 2 grenzen über Stoßstellen 3, 4 aneinander.
Die Stoßstellen 3, 4 sind bei
diesem Ausführungsbeispiel
im Wege eines Bruchtrennverfahrens ausgebildet.
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Die beiden Lagerschalenhälften 1, 2 bilden gemeinsam
eine im wesentlichen zylindrische Lagerschalenlauffläche 5,
die bei der Ausgestaltung der Lagerschale als Kurbelzapfenpleuellager
auf dem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle (siehe 4a bis 4c) aufsitzt.
Im Bereich der Lagerschalenlauffläche 5 sind mehrere Ölbohrungen 6 vorgesehen, über die Drucköl in den
Bewegungsspalt zwischen der Lagerschalenlauffläche 5 und dem Kurbelzapfen
eintreten kann, zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms.
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Die Lagerschalenhälften 1 und 2 sind
mit einer ersten und einer zweiten Ringflanschstruktur 6, 7 versehen,
die im Bereich der einander gegenüberliegenden Axial-Enden eines
die Lagerschalenlauffläche 5 aufnehmenden
Buchsenabschnitts 8 ausgebildet sind.
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An der ersten Ringflanschstruktur 6 ist
ein Verriegelungsabschnitt 9 ausgebildet, über welchen die
Lagerschale in einer vorbestimmten Drehposition innerhalb eines
Pleuelauges arretierbar ist.
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In einem in dieser Darstellung nicht
erkennbaren, dem Verriegelungsabschnitt 9 diametral gegenüberliegenden
Bereich der zweiten Ringflanschstruktur 7 ist ein ähnlicher
Verriegelungsabschnitt 9 ausgebildet, über den die erfindungsgemäße Lagerschale
in einer um 180° geschwenkten
Position in dem Pleuelauge verrastbar ist.
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Im Bereich der Stoßstellen 3, 4 sind
auf die Ringflanschstrukturen 6, 7 jeweils Zugbrückenelemente 10 aufgesetzt,
die mit dem an diese angrenzenden Abschnitt der Ringflanschstrukturen 6, 7, stoffschlüssig gekoppelt
sind.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die stoffschlüssige Koppelung
der Ringflanschstrukturen 6, 7 mit den Zugbrückenelementen 10 durch
ein Klebemittel, insbesondere Epoxid-Harz oder ein anaerobes Klebstoffsystem,
erreicht.
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Die Zugbrückenelemente 10 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel
halbbogenartig ausgebildet und erstrecken sich über einen Umfangsbereich von mehr
als 60°.
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An den Zugbrückenelementen 10 ist
ein in Montageposition dem Pleuelschaft zugewandter, über eine
Radialinnenfläche 11 vorspringender
Ringwulstabschnitt 12 ausgebildet, der auf einer Außenumfangsfläche 13 der
Ringflanschstrukturen 6, 7 aufsitzt.
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Wie aus der Darstellung nach 2 hervorgeht, sind die Ringflanschstrukturen 6, 7 im
Bereich der Stoßstellen 3, 4 derart
ausgebildet, daß jede Stoßstelle 3, 4 durch wenigstens
eine Kaverne 14 durchsetzt wird. Diese Kaverne kann durch
ein Verbindungsmittel wie beispielsweise einen Zugstift oder gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch ein Verbindungsmittel ausgefüllt werden, so daß das Verbindungsmittel
in ausgehärteten
Zustand eine Verbindungsstruktur bildet, die die beiden Lagerschalenhälften 1, 2 formschlüssig miteinander
koppelt. Diese Verbindungsstruktur kann einen integralen Kopfabschnitt
aufweisen, der durch Ausfüllen
eines Zwischenraumes zwischen den Zugbrückenelementen 10 und
den Ringflanschstrukturen 6, 7 entsteht. Der zur
Bildung diese Kopfabschnittes vorgesehene Innenraum ist in 2 angedeutet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die im Bereich
der Stoßstellen 3, 4 verlaufenden
Bruchtrennflächen
der Lagerschalenhälften 1, 2 ebenfalls mit
einem Klebstoff benetzt, so daß sich
zusätzlich
zu der stoffschlüssigen
Verbindung durch die Zugbrückenelemente 10 auch
eine stoffschlüssige
Verbindung im Bereich der Stoßstellen 3, 4 ergibt.
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In 3 ist
in den hier als Schnittflächen
dargestellten Stoßstellen 3, 4,
der Verlauf der mit Verbindungsmaterial ausgefüllten Kaverne 14 erkennbar.
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Es ist möglich, den Grenzbereich zwischen den
Zugbrückenelementen 10 und
den Ringflanschstrukturen 6, 7 derart auszubilden,
daß sich
insbesondere in radialer Richtung ein formschlüssiger Eingriff ergibt. Es
ist auch möglich,
die jeweils einer der Ringflanschstrukturen 6, 7 zugeordneten
Zugbrückenelemente 10 einstöckig auszubilden,
wobei die derart einstückig
ausgebildeten Zugbrückenelemente 10 derart
hinreichend verformbar bzw. aufweitbar sein müssen, daß deren einziger Öffnungsbereich über den
Kurbelzapfen geschoben werden kann.
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Es ist auch möglich, die Zugbrückenelemente 10 durch
zusätzliche,
hier nicht dargestellte oder auch integral mit der jeweiligen Lagerschalenhälfte 1, 2 ausgebildete
Strukturen miteinander zusätzlich
zu verbinden.
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Die erfindungsgemäße Lagerschale ist in vorteilhafter
Weise als Exzenterbuchse ausgebildet, die in Abhängigkeit von ihrer Drehposition
in einem Pleuelauge unterschiedliche effektive Pleuellängen bereitstellt.
Hierzu ist die auf dem Kurbelzapfen aufsitzende Lagerschalenlauffläche 5 vorzugsweise
exzentrisch zu einer äußeren, in
Montageposition in einem Pleuelauge sitzenden Lagerschalenlauffläche angeordnet.
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Anhand der 4a, 4b und 4c wird nachfolgend die Montage
einer erfindungsgemäßen Lagerschale
an einem Kurbelzapfen 15 an einer Kurbelwelle 16 erläutert.
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Zunächst werden auf dem Kurbelzapfen 15 die
in 1 dargestellten Lagerschalenhälften 1 und 2 derart
aufgesetzt, daß die
durch Bruchtrennung gebildeten, zueinander komplementären Stoßstellenflächen miteinander
in Kontakt treten. Anschließend werden
die auf den Kurbelzapfen 15 aufgesetzten Lagerschalenhälften 1 und 2 durch
Spannelemente 17, 18 zusammen gespannt. Die Spannelemente 17, 18 bilden
eine im wesentlichen kreiszylindrische Aufnahmebohrung, die spielfrei
die beiden Lagerschalenhälften 1, 2 im
Bereich der Stoßstellen
gegeneinander drängt.
Die Spannelemente 17, 18 sind derart ausgebildet,
daß diese
ebenfalls im wesentlichen spielfrei zwischen die Innenflanken der
Ringflanschstrukturen 6, 7 eintauchen und dabei
die Ringflanschstrukturen 6, 7 in axialer Richtung
abstützen.
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Auf die nunmehr gegeneinander verspannten
Lagerschalenhälften 1 und 2 werden
von einer den Ausgleichsgewichten 19 der Kurbelwelle 16 abgewandten
Seite die Zugbrückenelemente 10 unter Zugabe
von Klebstoff auf die Ringflanschstrukturen 6, 7 (siehe
hierzu 1) aufgesetzt
und stoffschlüssig
mit selbigen verbunden. Die Zugbrückenelemente 10 können hierbei
durch nicht näher
dargestellte, vorzugsweise an dem Spannelement 17 ausgebildete
Halteelemente vorübergehend
fixiert werden.
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Die derart teilmontierte Lagerschale
wird nunmehr um 180° gedreht
und gelangt dabei in die in 4b gezeigte
Position. In dieser um 180° geschwenkten
Position befinden sich die im Rahmen des Montagevorgangs nach 4a montierten Zugbrückenelemente 10 auf
der, der Rotationsachse der Kurbelwelle 16 zugewandten
Seite des Kurbelzapfens 15. In dieser Position ist der
Bereich der noch zu überbrückenden
Stoßstelle
der Lagerschale von außen
zugänglich.
Auf diesen Bereich werden nunmehr die hier angedeuteten Zugbrückenelemente 10 ebenfalls
unter Zugabe eines Verbindungsmittels auf die entsprechende Ringflanschstruktur 6, 7 aufgesetzt und
mit dieser stoffschlüssig
verbunden. Nach hinreichender Verbindung der Zugbrückenelemente 10 mit den
Ringflanschstrukturen 5, 7 werden die Spannelemente 17, 18 von
der Lagerschale wie in 4c dargestellt,
in radialer Richtung abgezogen. Die Spannung der Lagerschalenhälften durch
die Spannelemente 17, 18 erfolgt vorzugsweise
derart, daß die Spannelemente
die Stoßstellen überbrücken, so
daß die
Abzugsbewegung der Spannelemente 17, 18 im wesentlichen
parallel zur Stoßstellebene
erfolgt. Hierdurch können
etwaige, beim Abziehen der Spannelemente 17, 18 unzulässig hohe
Belastungen der stoffschlüssigen
Verbindung, insbesondere auch im Bereich der Stoßstellen 3, 4 (1), vermieden werden.
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Obgleich hier nicht dargestellt,
können
die Spannelemente 17, 18 auch Teil eines Formwerkzeuges
bilden, das im Zusammenspiel mit weiteren, die Ringflanschstrukturen
unter Einschluß der
Zugbrückenelemente 10 übergreifende
Außenformelemente einen
Forminnenraum begrenzt, der mit einem Verbindungsmaterial beispielsweise
einem synthetischen Harzmaterial oder auch einem metallischem Lotmaterial
ausgefüllt
werden kann.
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- 1
- erste
Lagerschalenhälfte
- 2
- zweite
Lagerschalenhälfte
- 3
- Stoßstelle
- 4
- Stoßstelle
- 5
- Lagerschalenlauffläche
- 6
- Ringffanschstrukturen
- 7
- Ringflanschstrukturen
- 8
- Buchsenabschnitt
- 9
- Verriegelungsabschnitt
- 10
- Zugbrückenelement
- 11
- Sitzfläche
- 12
- Ringflanschwulstabschnitt
- 14
- Kaverne
- 15
- Kurbelzapfen
- 16
- Kurbelwelle
- 17
- Spannelemente
- 18
- Spannelemente
- 19
- Ausgleichsgewichte