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Die
Erfindung geht aus von einem Sicherungsring gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Es
ist bekannt, zur Axialfixierung einer Welle relativ zu einer Nabe
einen Sicherungsring zu verwenden.
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Hierbei
liegt der Sicherungsring im montierten Zustand mit seiner Innenseite
an einer Stirnseite der zu sichernden Welle an oder greift in eine
in der Mantelfläche
der Welle angeordnete umlaufende Ringnut ein. Der bekannte Sicherungsring
weist deshalb einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der
Außenradius
der Welle.
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An
seiner Außenseite
liegt der Sicherungsring dagegen an einer Stirnseite der Nabe an
oder greift in eine umlaufende Ringnut ein, die an der Innenseite
der Nabe angeordnet ist. Der Außendurchmesser
des bekannten Sicherungsrings ist deshalb größer als der Innendurchmesser
der Nabe.
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Weiterhin
weist der bekannte Sicherungsring in einem Winkelsegmentbereich
eine in Umfangsrichtung verlaufende Unterbrechung auf, die während der
Montage bzw. Demontage ein Aufspreizen oder ein Zusammendrücken des
Sicherungsrings in radialer Richtung ermöglicht.
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Das
Aufspreizen bzw. Zusammendrücken des
bekannten Sicherungsrings erfolgt hierbei durch eine Montagezange,
die in entsprechende Aufnahmen an dem Sicherungsring eingreift.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde,
einen gattungsgemäßen Sicherungsring
bereitzustellen, der vereinfacht montierbar ist. Die Aufgabe wird
durch einen Sicherungsring gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Sicherungsring
ermöglicht
vorteilhaft eine Montage ohne eine Montagezange. Hierzu weist der
Sicherungsring an seiner Innenseite eine Einführschräge auf, die gegenüber der
Axialrichtung des Sicherungrings geneigt ist. Bei der Montage wird
die zu sichernde Welle in den Sicherungsring eingeführt, wobei
die Stirnfläche
der Welle an der Einführschräge entlanggleitet
und den Sicherungsring dabei entgegen seiner Federspannung in radialer
Richtung aufspreizt. Wenn die Welle dann in axialer Richtung weit
genug eingeführt
worden ist, bis die Nut in der Mantelfläche der Welle bzw. die Hinterseite
der Welle erreicht ist, so springt der Sicherungsring wieder in
Richtung seiner Ausgangsstellung zurück, in welcher der Sicherungsring
mit seiner Innenseite in die Nut in der Welle eingreift bzw. an
der Hinterseite der Welle anliegt.
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Die
Einführschräge muß sich nicht über den gesamten
Umfang des Sicherungsrings erstrecken. Es reicht vielmehr aus, wenn
die Einführschräge den Winkelsegmentbereich
des Sicherungs rings umfasst, in dem der Innendurchmesser des Sicherungsrings
kleiner ist als der Außendurchmesser
der Welle.
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Der
im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Welle ist allgemein
zu verstehen und nicht auf drehbar gelagerte Wellen beschränkt. Vielmehr
umfasst dieser Begriff auch drehfest montierte Teile, die lediglich
in axialer Richtung fixiert werden müssen.
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Auch
der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Nabe ist entsprechend
allgemein zu verstehen und nicht auf Lagerbuchsen oder ähnliches
beschränkt.
Vielmehr umfasst dieser Begriff auch solche Teile, die eine Welle
aufnehmen und in axialer Richtung fixieren.
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Entscheidend
für die
technische Bedeutung dieser Begriffe ist also lediglich, dass die
Welle von der Nabe aufgenommen wird, wobei Welle und Nabe in Axialrichtung
mindestens einseitig aneinander fixiert werden.
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Der
erfindungsgemäße Sicherungsring
weist also einen ersten Winkelsegmentbereich auf, in dem der Außendurchmesser
des Sicherungsrings größer ist
als der Innendurchmesser der Nabe.
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Vorzugsweise
ist der Außendurchmesser des
Sicherungsrings in diesem ersten Winkelsegmentbereich im Wesentlichen
gleich dem Innendurchmesser einer umlaufenden Ringnut, die in der inneren
Mantelfläche
der Nabe angeordnet ist, so dass der Sicherungsring im montierten
Zustand in die Ringnut eingreift, um Welle und Nabe in axialer Richtung
relativ zueinander zu fixieren.
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Weiterhin
weist der erfindungsgemäße Sicherungsring
einen zweiten Winkelsegmentbereich auf, in dem der Innendurchmesser
des Sicherungsrings kleiner als der Außendurchmesser der Nabe ist.
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Darüber hinaus
weist der Sicherungsring gemäß der Erfindung
in einem dritten Winkelsegmentbereich eine Unterbrechung auf, die
ein Aufspreizen bzw. Zusammendrücken
des Sicherungsrings während
der Montage bzw. Demontage ermöglicht.
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Vorzugsweise
grenzt der dritte Winkelsegmentbereich des erfindungsgemäßen Sicherungsrings
mit der Unterbrechung in Umfangsrichtung unmittelbar an den ersten
Winkelsegmentbereich des Sicherungsrings, in dem der Außendurchmesser
des Sicherungsrings größer als
der Innendurchmesser der Nabe ist. Die Unterbrechung in dem Sicherungsring
liegt also vorzugsweise zwischen zwei Winkelsegmentbereichen, in
denen der Außendurchmesser gegenüber dem
restlichen Umfang des Sicherungsrings vergrößert ist.
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Die
Einführschräge befindet
sich dagegen in einem vierten Winkelsegmentbereich des Sicherungsrings,
wobei der vierte Winkelsegmentbereich vorzugsweise in Umfangsrichtung
mit dem zweiten Winkelsegmentbereich überlappt, in dem der Innendurchmesser
des Sicherungsrings verringert ist. Es ist jedoch auch möglich, dass
der vierte Winkelsegmentbereich mit der Einführschräge den gesamten zweiten Winkelsegmentbereich
mit dem verringerten Innendurchmesser in Umfangsrichtung umfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Sicherungsring in einem Winkelsegmentbereich
mindestens einen radial verlaufenden Dehnungsschlitz auf, der sich
von dem Innendurchmesser ausgehend nach außen erstreckt.
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Vorzugsweise
weist der Sicherungsring in einem fünften Winkelsegmentbereich
eine verminderte Materialstärke
in radialer Richtung auf, wobei der fünfte Winkelsegmentbereich vorzugsweise
in Umfangsrichtung gegenüber
dem dritten Winkelsegmentbereich mit der Unterbrechung liegt. Dies
ist vorteilhaft, da die verringerte Materialstärke so das Aufspreizen des
Sicherungsrings erleichtert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der fünfte
Winkelsegmentbereich mit der verminderten Materialstärke in Umfangsrichtung zwischen
dem ersten Winkelsegmentbereich mit dem vergrößerten Außendurchmesser und dem zweiten
Winkelsegmentbereich mit dem verringerten Innendurchmesser angeordnet.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung auch eine Werkzeugmaschine mit dem erfindungsgemäßen Sicherungsring.
Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Bohrmaschine handeln,
die durch einen Elektromotor angetrieben wird.
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Hierbei
kann der erfindungsgemäße Sicherungsring
eine Ankerwelle des Elektromotors sichern, wobei der Sicherungsring
um die Ankerwelle herum angeordnet ist.
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Vorzugsweise
wird hierbei ein komplett vormontierter Anker gesichert, wobei der
vormontierte Anker vorzugsweise aus einer Ankerwelle, einem aufgepressten
Wälzlager
und einem Lüfter
besteht. Hierbei fixiert der Sicherungsring vorzugsweise das Wälzlager
relativ zu einem gehäusefesten
Lager der Werkzeugmaschine.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
axiale Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sicherungsring,
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2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie A-B in 1 im montierten
Zustand des Sicherungsrings sowie
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3 eine
Querschnittsansicht einer herkömmlichen
Bohrmaschine.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
Aufsichtsdarstellung in 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sicherungsring 10 zur
einseitigen Axialfixierung einer welle relativ zu einer Nabe.
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Beispielsweise
kann der Sicherungsring 10 in einer in 3 gezeigten
Bohrmaschine 12 eingesetzt werden, um eine Anker welle 14 der
Bohrmaschine 12 in einem Zwischenlager 16 zu sichern,
wie noch detailliert anhand von 3 beschrieben
wird.
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Die
Querschnittsansicht in 2 zeigt dagegen allgemein, wie
ein Kugellager 18 mit dem erfindungsgemäßen Sicherungsring 10 axial
einseitig an einer Stirnfläche 20 einer
Nabe 22 gesichert wird.
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Der
Sicherungsring 10 weist mehrere Winkelsegmentbereiche A1,
A2, A3, B1, B2, C und D auf, die sich jeweils über einen vorgegebenen Winkel
in Umfangsrichtung erstrecken und unterschiedliche Gestaltungen
und Funktionen haben, wie im Folgenden erläutert wird.
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Die
Winkelsegmentbereiche A1, A2 und A3 sollen den Sicherungsring 10 außen gegenüber einer axialen
Stirnfläche 20 einer
Nabe 22 abstützen,
wie aus der Querschnittsansicht in 2 ersichtlich
ist. Der Sicherungsring 10 weist deshalb in den Winkelsegmentbereichen
A1, A2 und A3 einen Außenradius rAS auf, der im entspannten Zustand um eine
vorgegebene radiale Überdeckung γ größer ist
als ein Innenradius rIN der Nabe 22,
damit sich der Sicherungsring 10 an der Stirnfläche 20 der
Nabe 22 abstützen kann.
In den Winkelsegmentbereichen A1, A2 und A3 weist der Sicherungsring 10 dagegen
einen Innendurchmesser rIN auf, der ungefähr gleich
dem Außendurchmesser
rAL des Kugellagers 18 ist.
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Die
Winkelsegmentbereiche B1 und B2 sollen den Sicherungsring 10 dagegen
einseitig axial an einer nabenseitigen Stirnfläche 24 des Kugellagers 18 abstützen. Der
Sicherungsring 10 weist deshalb in den Winkelsegmentbereichen
B1 und B2 einen Innenradius rIS auf, der
im entspannten Zustand um eine vorgegebene Lagerüberdeckung α kleiner ist als ein Außenradius
rAL des Kugellagers 18. In den
Winkelsegmentbereichen B1 und B2 weist der Sicherungsring 10 dagegen
einen Außenradius
rAS auf, der kleiner als der Außenradius
rAS in den Winkelsegmentbereichen A1, A2
und A3 ist und ungefähr
dem Innendurchmesser rIN der Nabe 22 entspricht.
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Ferner
weist der Sicherungsring 10 in dem Winkelsegmentbereich
C eine in Umfangsrichtung verlaufende Unterbrechung auf, die ein
radiales Aufspreizen bzw. Zusammendrücken des Sicherungsrings 10 bei
der Montage bzw. Demontage ermöglicht.
Die Querschnittsansicht in 2 zeigt
den entspannten Zustand des Sicherungsrings 10, der mittels
einer Montagezange um einen vorgegebenen radialen Spreizweg β aufgedehnt
werden kann. Der Spreizweg β ist
hierbei mindestens so groß wie
die Lagerüberdeckung α, damit der
Sicherungsring 10 bei der Montage bzw. Demontage so weit
aufgespreizt werden kann, dass das Kugellager 18 in axialer
Richtung durch den Sicherungsring 10 eingeführt bzw.
entnommen werden kann. Darüber
hinaus ist zu erwähnen,
dass der Sicherungsring 10 in dem Winkelsegmentbereich
A1 eine verringerte radiale Wandstärke aufweist, wodurch ein Aufspreizen
des Sicherungsrings 10 erleichtert wird.
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Die
Montage wird hierbei dadurch erleichtert, dass der Sicherungsring 10 in
den Winkelsegmentbereichen B1 und B2 eine innere Mantelfläche 26 aufweist,
die gegenüber
der Axialrichtung des Sicherungsrings 10 geneigt ist, so
dass sich eine Einführschräge bildet.
Wenn das Kugellager 18 bei der Montage axial in die Nabe 22 eingeführt wird
und mit seiner Stirnfläche 28 gegen
die geneigte Mantelfläche 26 des
Sicherungsrings 10 stößt, so wandelt
diese Einführschräge die Axialbewegung
des Kugellagers 18 in eine Radialbewegung des Sicherungsrings 10 um,
der somit aufgespreizt wird. Es ist hierbei also nicht erforderlich,
dass der Sicherungsring 10 bei der Montage mittels einer
Montagezange aufgespreizt wird, wodurch die Montage wesentlich vereinfacht wird.
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Nach
dem axialen Einführen
des Kugellagers 18 federt der Sicherungsring 10 dann
aufgrund seiner Elastizität
wieder in die in 2 gezeigte entspannte Stellung
zurück.
In dieser Stellung liegt der Sicherungsring 10 mit seiner
nabenseitigen Stirnfläche
an der Stirnfläche 20 der
Nabe an, während
die kugellagerseitige Stirnfläche
des Sicherungsrings 10 an der nabenseitigen Stirnfläche 24 des
Kugellagers 18 anliegt, wodurch das Kugellager 18 einseitig
axial zu der Nabe 22 fixiert wird.
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Darüber hinaus
weist der erfindungsgemäße Sicherungsring 10 bei
diesem Ausführungsbeispiel mehrere
Dehnungsschlitze 30 auf, die jeweils von der Innenseite
des Sicherungsrings 10 ausgehend radial nach außen verlaufen
und sich ungefähr über 2/3
der radialen Stärke
des Sicherungsrings 10 erstrecken. Zur Verringerung der
an den Dehnungsschlitzen 30 auftretenden Kerbspannungen
sind die innen liegenden Ende der Dehnungsschlitze 30 abgerundet.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Dehnungsschlitze 30 jeweils an den Grenzen der
Winkelsegmentbereiche B1 und B2 sowie innerhalb der Winkelsegmentbereiche
B1 und B2 angeordnet. Es ist jedoch alternativ auch möglich, die
Dehnungsschlitze 30 an anderer Stelle des Sicherungsrings 10 anzuordnen.
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Die
Winkelsegmentbereiche D sind Dehnbereiche, die eine Flexibilität des Sicherungsrings 10 für die Montage
bzw. Demontage erreichen. Die radiale Wandstärke des Sicherungsrings 10 ist
deshalb in dem Winkelsegmentbereich D gegenüber den Winkelsegmentbereichen
B1 und B2 verringert. Darüber hinaus
ist zu erwähnen,
dass die Innenkontur des Sicherungsrings 10 in den Winkelsegmentbereichen
D der Außenkontur
des Sicherungsrings 10 folgt. Der Sicherungsring 10 weist
deshalb in den Winkelsegmentbereichen D eine annähernd konstante radiale Wandstärke auf.
Darüber
hinaus weist der Sicherungsring 10 in den Winkelsegmentbereichen
D Hinterschneidungen auf, in die bei der Montage bzw. Demontage
eine Montagezange eingreifen kann.
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3 zeigte
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Bohrmaschine 12,
die bekannt ist und deshalb im Folgenden nur kurz in Bezug auf die vorliegende
Erfindung beschrieben wird.
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Der
Antrieb der Bohrmaschine 12 erfolgt durch einen Elektromotor 32 über die
Ankerwelle 14, wobei die Ankerwelle 14 einen Lüfter 34 trägt und durch
ein aufgepresstes Kugellager 36 drehbar gelagert ist.
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Zwischen
dem Lüfter 34 und
dem Kugellager 36 ist hierbei ein Lagerdeckel 38 angeordnet,
welcher der Lagerfixierung dient und im montierten Zustand an einem
Zwischenlager 16 festgeschraubt ist. Diese bekannte Art
der Montage eines vormon tierten Ankers durch eine Verschraubung
weist jedoch verschiedene Nachteil auf, wie im Folgenden dargelegt wird.
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Zum
einen sind in dem Lagerdeckel 38 und in dem Zwischenlager 16 jeweils
Durchgangsbohrungen angeordnet, die bei der Montage exakt in Deckung
gebracht werden müssen,
was relativ aufwändig
ist.
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Zum
anderen müssen
die zugehörigen
Befestigungsschrauben möglichst
gleichmäßig angezogen
werden, um eine Fehlstellung des Ankers zu vermeiden.
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Weiterhin
müssen
die Befestigungsschrauben zusätzlich
durch Klebstoff gesichert werden, um ein unbeabsichtigtes Lösen der
Schraubverbindung zu verhindern.
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Schließlich entstehen
durch die Durchgangsbohrungen in dem Zwischenlager 16 Dichtungsprobleme,
die zu einem Fettverlust führen
können.
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Eine
Variante der Erfindung sieht deshalb vor, dass der erfindungsgemäße Sicherungsring 10 anstelle
der vorstehend beschriebenen bekannten Schraubverbindung eingesetzt
wird, um den vormontierten Anker in dem Zwischenlager 16 axial
zu fixieren.
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Hierbei
ist in der inneren Mantelfläche
des Zwischenlagers 16 eine umlaufende Ringnut angeordnet,
in die der Sicherungsring 10 mittels einer Montagezange
eingesetzt wird. Der Innendurchmesser der Ringnut ist an deren Nutgrund
um den Spreizweg β größer als
der Außendurchmesser
rSA des Sicherungs rings 10 im entspannten
Zustand. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Sicherungsring 10 bei
der Montage bzw. Demontage in der Ringnut in radialer Richtung aufspreizen
kann.
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Anschließend wird
dann ein vormontierter Anker mit einem auf die Ankerwelle 14 aufgepressten Kugellager 36 axial
eingeführt,
bis das Kugellager 36 an die Einführschräge des Sicherungsrings 10 anstößt. Beim
weiteren axialen Einschieben des vormontierten Ankers wird der Sicherungsring 10 dann in
radialer Richtung aufgespreizt, so dass das Kugellager 36 durch
den Sicherungsring 10 hindurchgeführt werden kann, bis der Sicherungsring 10 aufgrund
seiner Elastizität
wieder in seine Ausgangsstellung zurückspringt und den Anker dadurch
einseitig axial fixiert.
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In
diesem montierten Zustand liegt der Sicherungsring 10 mit
seiner kugellagerseitigen Stirnfläche innen an der motorseitigen
Stirnfläche
des Außenrings
des Kugellagers 36 an, während der Sicherungsring 10 mit
seiner Außenseite
in die Ringnut in der inneren Mantelfläche des Zwischenlagers 16 eingreift.
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- 10
- Sicherungsring
- 12
- Bohrmaschine
- 14
- Ankerwelle
- 16
- Zwischenlager
- 18
- Kugellager
- 20
- Stirnfläche der
Nabe
- 22
- Nabe
- 24
- Stirnfläche des
Kugellagers
- 26
- innere
Mantelfläche
- 28
- Stirnfläche des
Kugellagers
- 30
- Dehnungsschlitz
- 32
- Elektromotor
- 34
- Lüfter
- 36
- Kugellager
- 38
- Lagerdeckel
- A1,
A2, A3
- Winkelsegmentbereiche
mit vergrößertem Außen
-
- durchmesser
- B1,
B2
- Winkelsegmentbereiche
mit verringertem Innen
-
- durchmesser
und Einführschräge
- C
- Winkelsegmentbereich
mit Unterbrechung
- D
- Winkelsegmentbereich
als Dehnbereich