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Die
Erfindung betrifft ein System umfassend eine Welle mit mindestens
zwei verdickten Wellenabsätzen,
welche zur Aufnahme von Lagern dienen, und mindestens zwei Lagern,
die auf diesen Wellenabsätzen
angeordnet sind, wobei die Welle der Gestalt ist, dass ein Aufschieben
von ringförmigen,
auf ihrem Umfang geschlossenen Lagern über ein freies Ende der Welle
nicht möglich
ist.
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Die
Welle ist eines der am häufigsten
verwendeten Maschinenelemente und findet auch Anwendung im Fahrzeugbau
und in einer speziellen Ausgestaltung im Motorenbau, nämlich in
Form von Kurbelwelle und Nockenwelle. Grundsätzlich müssen Wellen als bewegliche
d.h. umlaufende Bauteile in irgendeiner Weise gelagert werden, wobei
diese Lagerung die Welle einerseits stützt, ihr aber andererseits die
Bewegungsmöglichkeit
lässt,
die sie benötigt,
um ihre Funktion zu erfüllen.
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Nach
dem Stand der Technik werden Nockenwellen direkt in Lagersätteln und
Lagerdeckeln aufgenommen und gelagert, die in den gegossenen Zylinderkopf
d.h. in seine untere und obere Gehäusehälfte im Rahmen einer Nachbearbeitung
eingearbeitet wurden. Auf die Anordnung von Lager, Wälzlagern oder
Gleitlagern, wird bei der Lagerung von Nockenwellen grundsätzlich verzichtet.
Kurbelwellen werden hingegen in zwei Lagerhalbschalen gelagert,
die bei der Montage der Kurbelwelle im Kurbelgehäuse in hierfür vorgesehenen
Aufnahmen in der oberen und der unteren Gehäusehälfte des Kurbelgehäuses angeordnet
werden. Die Verwendung von Gleitlagerbuchsen ist nicht möglich, da
die Kurbelwelle eine gekröpfte
Welle ist und die über
ihren Umfang geschlossenen Buchsen nicht über die freien Enden der Kurbelwelle
aufgeschoben und an den dafür
vorgesehenen Wellenabschnitten positioniert werden können.
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Die
Montage der Kurbelwelle ist zeitaufwendig, weil die Kurbelwelle
in einer Vielzahl von Abschnitten gelagert wird. Einerseits muss
in jedem Lager ein bestimmtes, sehr enges Lagerspiel realisiert werden,
wobei geringe Toleranzen einzuhalten sind. Deshalb werden bei der
Bestückung
von Lageraufnahmen im Kurbelgehäuse
Lagerschalen aus einer Vielzahl von Toleranzklassen bereitgestellt.
Dabei unterscheiden sich die einzelnen Lagerhalbschalen in ihrer
Dicke, welche sehr eng toleriert ist. Durch entsprechende Auswahl
wird das gewünschte
Lagerspiel realisiert. Andererseits muss die Kurbelwelle insgesamt
in der durch die in einer Reihe angeordneten Lager gebildete Kurbelwellengasse
fluchten, was eine Abstimmung der einzelnen Lager untereinander erforderlich
macht. Die Auswahl der richtigen Lager führt zu längeren Montagezeiten.
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Des
weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung
eines derartigen, eine Welle und mindestens zwei Lager umfassenden
Systems.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein System aus Welle und mindestens zwei Lagern bereitzustellen,
mit dem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden
werden und mit dem insbesondere eine vereinfachte Montage möglich wird.
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Eine
weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur Herstellung eines derartigen, eine Welle und mindestens zwei
Lager umfassenden Systems bereitzustellen.
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Gelöst wird
die erste Teilaufgabe durch ein System umfassend eine Welle mit
mindestens zwei verdickten Wellenabsätzen, welche zur Aufnahme von
Lagern dienen, und mindestens zwei Lagern, die auf diesen Wellenabsätzen angeordnet
sind, wobei die Welle der Gestalt ist, dass ein Aufschieben von ringförmigen,
auf ihrem Umfang geschlossenen Lagern über ein freies Ende der Weile
nicht möglich
ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lager aus zwei
Lagerhalbschalen aufgebaute Gleitlager sind.
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Die
bauliche Einheit aus Welle und Lagerschalen erleichtert die Montage
der Wellen, da eine bereits vorbereitete mit Lagern versehene Welle
und damit eine vorgefertigte Baugruppe für die Montage bereitgestellt
wird.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die zwei Lagerhalbschalen, die sich mit ihren
jeweils zwei Teilflächen
in zwei Bereichen gegenüberliegen,
in mindestens einem dieser beiden Bereiche verbunden sind. Durch
die Verbindung der Lagerhalbschalen im Bereich mindestens eines
Stoßes
wird verhindert, dass die Lagerhalbschalen während des Transports und der
Endmontage verloren gehen. Es wird eine kompakte, untrennbare Einheit bzw.
Baugruppe von Welle und Lagern geschaffen. Die eingebrachte Verbindung
der Halbschalen hat lediglich eine Befestigungsfunktion im Rahmen
des Transports und der Montage. Es ist unschädlich, wenn diese Verbindung
nach einer erfolgten Endmontage des Systems sich wieder löst und zwei
voneinander getrennte Halbschalen vorliegen, denn die Verbindung
der Schalen wird primär
mit dem Ziel vorgesehen, der Endmontage eine untrennbare bauliche
Einheit zur Verfügung
zu stellen, die in einem Arbeitsgang im ganzen montiert wird.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Welle eine gekröpfte Kurbelwelle ist. Die in
Lagerhalbschalen gelagerte Kurbelwelle wird dem Montagearbeiter
mit bereits ausgesuchten und auf der Kurbelwelle angeordneten Lagern übergeben
und kann unmittelbar montiert werden. Es sind wesentlich weniger
Bauteile im Montagebereich zu bevorraten als nach dem Stand der
Technik üblich und
notwendig. Die oben beschriebenen Probleme werden durch das erfindungsgemäße System überwunden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Welle eine Nockenwelle ist. Obwohl es
sich bei Nockenwellen im Gegensatz zu Kurbelwellen nicht um gekröpfte Wellen
handelt, sind Nockenwellen – im
Rahmen der vorliegenden Erfindung und auch grundsätzlich – Wellen,
die ein Aufschieben von ringförmigen,
auf ihrem Umfang geschlossenen Lagern über ihr freies Ende nicht ermöglichen.
Sie können
daher nur mittels Lagerschalen gelagert werden. Für andere
Lager sind die vorgesehenen Lageraufnahmen der Welle nicht zugänglich.
Erforderlich wird dies durch die auf der Welle angeordneten Nocken,
deren Ausmaße
größer als
der Durchmesser der verwendeten Lager sind.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Welle eine Hilfsnockenwelle ist. Als
Hilfsnockenwelle wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
Exzenterwelle verstanden, die als Bauteil eines variablen Ventiltriebes
den Ventilhub einstellbar macht. Der Einsatz einer Exzenterwelle wird
im folgenden kurz erläutert.
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Eine
Möglichkeit
den Verbrennungsprozess eines Ottomotors zu optimieren, besteht
in der Verwendung eines variablen Ventiltriebs. Im Gegensatz zu
konventionellen Ventiltrieben, bei denen sowohl der Hub der Ventile
als auch die Steuerzeiten, d.h, die Öffnungs- und Schließzeiten
der Einlass- und Auslassventile, bedingt durch die nicht flexible,
da nicht verstellbare Mechanik des Ventiltriebes als unveränderliche
Größen vorgegeben
sind, können
diese den Verbrennungsprozess und damit den Kraftstoffverbrauch
beeinflussenden Parameter mittels variabler Ventiltriebe mehr oder
weniger stark variiert werden.
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Spürbare Kraftstoffeinsparungen
können
mit einem teilweise variablen Ventiltrieb wie beispielsweise der
VALVETRONIC von BMW erzielt werden (MTZ, 2001, Heft 6, Seite 18).
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Bei
diesem Ventiltrieb kann die Schließzeit des Einlassventils und
der Einlassventilhub variiert werden. Hierdurch ist eine drosselfreie
und damit verlustfreie Laststeuerung möglich.
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Die
während
des Ansaugvorganges in den Brennraum einströmende Gemischmasse wird dabei nicht
wie bei konventionellen Ottomotoren mittels einer im Ansaugtrakt
angeordneten Drosselklappe gesteuert d.h. bemessen, sondern über den
Einlassventilhub und die Öffnungsdauer
des Einlassventils.
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Hierzu
wird der Ventiltrieb mit einer Exzentenwelle als Hilfsnockenwelle
ausgestattet. Diese Exzenterwelle kann mittels eines Antriebs über eine Schnecke
verstellt d.h. verdreht werden, wobei dieses Verdrehen der Exzenterwelle
eine Veränderung des
Ventilhubs des Einlassventils bewirkt.
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Die
Exzenterwelle selbst ist im Zylinderkopf zwischen den beiden obenliegenden
Nockenwellen gelagert. Diese Lagerung erfolgt nach dem Stand der Technik
mit Wälzlagern,
wobei die Lagerung im einzelnen wie folgt ausgebildet ist. In den
Zylinderkopf werden Lagersättel
eingearbeitet, in die erste Metallschalen eingelegt werden, welche
eine Hälfte
des äußeren Wälzlagerringes
bilden. Dabei verfügen
die Metallschalen in der Regel über
eine Nase, die von einer Bohrung im Lagersattel aufgenommen wird
und mit der die Schale gegen Verdrehen gesichert wird. Durch diese
Verdrehsicherung wird verhindert, dass der aus einer ersten und
einer zweiten Metallschale bestehende Außenring wandert und einer der
beiden Stöße, an denen
sich die Teilflächen
der beiden Metallschalen gegenüberliegen,
in einem hochbelasteten Bereich der Lagerung zu liegen kommen.
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Die
Exzenterwelle, die über
mindestens zwei verdickte Wellenabsätze zur Aufnahme der Lager verfügt, wird
an diesen Wellenabsätzen
mit einem an einer Seite offenen Ringband aus in einem Käfig laufenden
und als Wälzkörper dienenden
Nadeln versehen und in den bereits montierten ersten Metallschalen
angeordnet. Eine entsprechende Anzahl an Lagerdeckeln wird zusammen
mit zweiten Metallschalen, welche die andere Hälfte des äußeren Wälzlagerringes bilden, gegenüber den
Lagersätteln
angeordnet und verschraubt. Dabei bilden die beiden Metallschalen
den Außenring
des Wälzlagers
und die Exzenterwelle selbst den Innenring des Wälzlagers, wobei die Nadeln
als Wälzkörper dienen
und zwischen Metallschalen und Exzenterwelle laufen.
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Aufgrund
der Vielzahl der Bauteile, aus denen die Wälzlager aufgebaut sind, ist
ein vorgegebenes Lagerspiel nur schwer zu realisieren. Zum einen addieren
sich die Toleranzen der einzelnen Bauteile und zum anderen nimmt
die Anzahl der Fugen zwischen den Bauteilen mit einer steigenden
Anzahl an Bauteilen zu. Die Folge ist ein Lagerspiel, das sehr stark
variiert, nur schwer beherrschbar ist und deshalb zu unerwünschten
Geräuschen
beim Betrieb des Ventiltriebes führen
kann.
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Durch
die Verwendung von Gleitlagern können
wesentlich präzisere
Lagerspiele bei der Herstellung bzw. Montage erzielt werden. Die
gesamte Lagerung umfasst nur ein Bauteil, nämlich das Gleitlager selbst
und weist nur eine Fuge, nämlich
zwischen Lagersattel bzw. Lagerdeckel und Gleitlager auf, wodurch
wesentlich geringere Fertigungstoleranzen ermöglicht werden. Eine unerwünschte Geräuschentwicklung
wie bei Wälzlagern
beobachtet wurde nicht beobachtet.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäße Gleitlager-Konstruktion
weniger Bauraum benötigt,
so dass bereits verbaute Wälzlager
in herkömmlichen
Welle-Lager-Systemen grundsätzlich
durch Gleitlager ersetzt werden können, um zu dem erfindungsgemäßen System
aus Welle und Gleitlagern zu gelangen. Hierzu wäre dann lediglich eine Ausführung der
Gleitlagerschalen mit einer entsprechenden Dicke erforderlich, da
die Abmessung des herkömmlich
Nadel-Wälzlagers
in radialer Richtung größer als
die eines Gleitlagers ist.
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Darüber hinaus
hat sich gezeigt, dass ein Gleitlager im Hinblick auf die vorliegende
Beanspruchung besser geeignet ist, da die Exzenterwelle bei dem
in Rede stehenden Anwendungsfall d.h. bei der Verwendung in einem
variablen Ventiltrieb keine umlaufende Welle ist, sondern lediglich
in und über
einen Winkelbereich von bis zu 50° verdreht
wird. Dies führt
zu einer einseitigen Belastung des Lagers.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Lagerhalbschalen formschlüssig, vorzugsweise
durch eine Verklinkung, miteinander verbunden sind. Diese Art der
Verbindung stellt sogar eine dauerhafte, während des Betriebes beständige Verbindung
dar und zeichnet sich dadurch aus, dass kein Hilfsstoff, nämlich Klebstoff
oder Schweißnahtmaterial,
zum Ausbilden einer Verbindung erforderlich ist. Das Vorsehen von
Ruhephasen, während
der die eingebrachte Verbindung aushärten kann, ist nicht erforderlich.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Lagerhalbschalen stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Dabei sind Ausführungsformen
des Systems vorteilhaft, bei denen die Lagerhalbschalen mittels
Schweißen,
vorzugsweise mittels Laserschweißen, stoffschlüssig miteinander verbunden
sind. Diese Art der Verbindung ist unter Kostengesichtspunkten zu
bevorzugen.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Lagerhalbschalen mittels Kleben stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Auch wenn eine Klebeverbindung längere Aushärtungszeiten als eine Schweißverbindung
benötigt, ist
das Vorsehen dieser Art von Verbindung im Hinblick auf die Werkzeugkosten,
insbesondere der Schweißanlage,
vorteilhaft. Im Einzelfall ist abzuwägen zwischen den Werkzeugkosten
und den Kosten, den die Zwischenlagerung aufgrund der notwendigen und
längeren
Aushärtung
einer Klebeverbindung verursacht.
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Vorteilhaft
sind bei Exzenterwellen und Nockenwellen Ausführungsformen des Systems, bei
denen die Gleitlager Polymerverbundlager mit einer ein Polymer oder
eine Polymermischung aufweisenden Gleitschicht sind, da diese Lagerart über besonders gute
Trockenlaufeigenschaften verfügt.
Die weniger guten Wärmleiteigenschaften
dieser Lager sind in den genannten Anwendungsfällen nicht von Nachteil, da
eine große
Menge an Reibungswärme
nicht abzuführen
ist und es sich bei der Exzenterwelle nicht um eine schnellumlaufende
Welle handelt, bei der eine große
Menge an Reibungswärme
entsteht. Des weiteren sind die beiden Wellen ausreichend weit vom Brennraum
angeordnet, so dass sie auch von dieser Wärmequelle unbeeinflusst bleibt.
Die Tatsache, dass es sich bei der Exzenterwelle nicht um eine umlaufende
Welle handelt, ist auch der Grund dafür, dass Gleitlager mit guten
Trockenlaufeigenschaften zu bevorzugen sind. Selbst wenn eine Zwangsschmierstoffversorgung
vorgesehen wäre
oder man von einer wenn auch nur geringen Ölversorgung infolge des vorliegenden
Schmierölnebels
ausgehen kann, könnte
sich wegen des fehlenden Umlaufens der Welle kein hydrodynamischer
Schmierölfilm
auf der Gleitlagerfläche
ausbilden.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen Haltemittel vorgesehen sind, die die Lagerhalbschalen
in bezug auf die Welle axial fixieren.
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Vorteilhaft
sind darüber
hinaus Ausführungsformen
des Systems, bei denen Haltemittel vorgesehen sind, die ein Verdrehen
der Lagerhalbschalen um die Achse der Welle verhindern.
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Des
weiteren sind Ausführungsformen
des Systems vorteilhaft, bei denen Haltemittel vorgesehen sind,
die die Lagerhalbschalen in radialer Richtung mit einer auf den
Wellenabsatz gerichteten Kraft beaufschlagen.
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Haltemittel,
die die Lagerhalbschalen axial fixieren und/oder gegen ein Verdrehen
und/oder in radialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagen, sorgen für die gewünschte Positionierung
der Gleitlager bzw.
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Lagerhalbschalen.
Eine axiale Fixierung stellt sicher, dass die Gleitlager bei der
Endmontage in den für
sie vorgesehenen Lagersätteln
zu liegen kommen. Die Sicherung gegen ein Verdrehen der Lagerhalbschalen
gegenüber
der Welle gewährleistet, dass
die Lagerschalen nicht mit ihren Teilflächen d.h. Stößen in Bereichen
hoher Belastung zu liegen kommen. Und eine Beaufschlagung der Lager
mit einer radial gerichteten Kraft kann beim Verbinden zweier Lagerhalbschalen
nützlich
sein, um so die Lagerschalen in eine der Einbauposition ähnliche
Position zu bringen, in der sich jeweils die beiden Teilflächen der
Schalen gegenüberliegen
und in der Regel berühren.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
des Systems, bei denen die Haltemittel in einer Haltevorrichtung
angeordnet sind, die als zweigeteilter, eine untere Hälfte und
eine obere Hälfte
umfassender Käfig ausgebildet
ist, der zur Aufnahme der Welle und der Lagerhalbschalen in einer
der Einbausituation des Systems ähnlichen
Position fähig
ist, wobei vorzugsweise die untere Hälfte mit einer entsprechenden
Anzahl von Lagersätteln
und die obere Hälfte
mit einer entsprechenden Anzahl von Lagerdeckeln zur Aufnahme der
Gleitlager ausgestattet ist. Die untere Hälfte und die obere Hälfte können nach
Einbringen der Welle und der Lager miteinander verbunden werden,
beispielsweise durch Federbügel.
Diese spezielle Ausführungsform
der Haltmittel wird in Zusammenhang mit den Figuren näher beschrieben.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen der Käfig
in dem Bereich, in dem die Lagerhalbschalen miteinander verbunden sind
bzw. zu verbinden sind, mit Fenstern versehen ist, so dass dieser
Bereich der Lagerhalbschalen zugänglich
ist. Das Fenster ermöglicht
das Verbinden der Lagerhalbschalen, während die Welle und die auf ihr
angeordneten Lagerhalbschalen in dem Käfig in einer der Einbausituation
des Systems ähnlichen
Position fixiert sind. Damit übernimmt
der Käfig
die Funktion einer Haltevorrichtung für das Einbringen einer Schweiß- oder
Klebeverbindung. Der Käfig kann
aber auch gleichzeitig als Transportgefäß verwendet werden. Das System
aus Welle und Lagern verbleibt nach der Herstellung in dem Käfig und
wird in dieser Form an den Verwender ausgeliefert. Im Rahmen der
Endmontage des Systems im Zylinderkopf oder Kurbelgehäuse wird
dieses dann aus dem Käfig
entnommen und verbaut. Die Vorteile eines derartig ausgebildeten
Käfigs
bei der Herstellung des Systems und die Herstellungsschritte im
einzelnen werden näher
im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
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Vorteilhaft
können
aber auch Ausführungsformen
des Systems sein, bei denen die Haltemittel in einer Haltevorrichtung
angeordnet sind, die als Klammer oder als aus einer der Anzahl der
Gleitlager entsprechenden Anzahl von Klammern ausgebildet ist, die
zur Aufnahme der Welle und der Lagerhalbschalen in einer der Einbausituation
des Systems ähnlichen
Position fähig
sind. Im Vergleich zu einem Käfig
haben Klammern einen geringeren Platzbedarf und gehen im günstigsten
Fall nicht über
die Außenmaße der Welle
hinaus, weshalb diese Ausführungsform
der Haltemittel wesentlich platzsparender und damit im Hinblick
auf den Transport kostengünstiger ist.
Des weiteren sind Klammern leichter, insbesondere schneller handhabbar,
was sich insbesondere bei Wellen mit nur wenigen Lagerstellen günstig auf die
Fertigungszeiten auswirkt.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen die Klammer bzw. die Klammern mit Rückstellelementen
ausgestattet ist bzw. sind, die ein selbsttätiges Schließen der
Klammer bewirken. Ein Verspannen der beiden Klammerhälften entfällt.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen des
Systems, bei denen die Klammer bzw. die Klammern in dem Bereich,
in dem die Lagerhalbschalen miteinander verbunden sind, mit Fenstern
versehen ist bzw. sind, so dass dieser Bereich der Lagerhalbschalen
zugänglich
ist. Die Vorteile der Fenster bei der Herstellung der Verbindung
der Lagerhalbschalen wurden bereits oben im Zusammenhang mit dem Käfig als
Haltevorrichtung erläutert.
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Die
zweite Teilaufgabe, nämlich
eine Vorrichtung zur Herstellung eines Systems umfassend eine Welle
mit mindestens zwei verdickten Wellenabsätzen, welche zur Aufnahme von
Lagern dienen, und mindestens zwei aus zwei Lagerhalbschalen aufgebauten
Gleitlagern, die auf diesen Wellenabsätzen angeordnet sind, bereitzustellen,
wird gelöst
durch eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Haltemittel
vorgesehen sind, die zur Aufnahme der Welle und der Lagerhalbschalen
in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen Position fähig sind.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen zumindest ein Fenster in zumindest einem
der beiden Bereiche, in denen sich die beiden ein Gleitlager bildenden
Lagerhalbschalen mit ihren jeweils zwei Teilflächen gegenüberliegen, vorgesehen ist.
Bei aus zwei Lagerhalbschalen aufgebauten Gleitlagern liegen sich
die Lagerhalbschalen mit ihren jeweils zwei Teilflächen in
zwei Bereichen – dem
sogenannten Stoß – gegenüber. Um
eine bauliche untrennbare Einheit aus Welle und Lagerschalen zu
erhalten, werden die Lagerschalen in mindestens einem dieser beiden
Bereiche verbunden, weshalb ein Zugang zu diesem Bereich, vorzugsweise
in Form eines Fensters vorgesehen wird.
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Die
Verbindung der Schalen kann formschlüssig, vorzugsweise durch eine
Verklinkung, erfolgen oder eine stoffschlüssige Verbindung sein, wobei
die Lagerschalen stoffschlüssig
mittels Schweißen,
insbesondere mittels Laserschweißen, oder mittels Kleben miteinander
verbunden werden können, wie
bereits oben ausgeführt.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen Haltemittel vorgesehen sind, die die
Lagerhalbschalen in bezug auf die Welle axial fixieren und/oder
Haltemittel vorgesehen sind, die ein Verdrehen der Lagerhalbschalen
um die Achse der Welle verhindern und/oder Haltemittel vorgesehen sind,
die die Lagerhalbschalen in radialer Richtung mit einer auf den
Wellenabsatz gerichteten Kraft beaufschlagen. Durch die Verwendung
derartiger Haltemittel, welche die Lagerhalbschalen gewissermaßen in eine
Position bringen, die ihrer späteren
Betriebsposition entspricht, wird die für das Einbringen einer Verbindung
zweier Lagerhalbschalen notwendige Positionierung realisiert.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen die Vorrichtung als ein zweigeteilter,
eine untere Hälfte
und eine obere Hälfte
umfassender Käfig
ausgebildet ist, der zur Aufnahme der Welle und der Lagerhalbschalen
in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen Position fähig ist.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen der
Vorrichtung, bei denen die untere Hälfte des Käfigs Haltemittel zur Aufnahme
der unteren Lagerhalbschalen aufweist und die obere Hälfte des
Käfigs
Haltemittel zur Aufnahme der oberen Lagerschalen aufweist.
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Vorteilhaft
sind dabei insbesondere Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen das Haltemittel zur Aufnahme der unteren
Lagerhalbschalen jeweils ein Lagersattel ist, und das Haltemittel
zur Aufnahme der oberen Lagerschalen jeweils ein Lagerdeckel ist.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen der
Vorrichtung, bei denen die obere Hälfte des Käfigs und die untere Hälfte des
Käfigs
miteinander verbindbar sind, vorzugsweise mittels Federelementen.
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Bei
einer als Käfig
ausgebildeten Haltevorrichtung werden in einem ersten Verfahrensschritt
- • erste
Lagerhalbschalen in der unteren Hälfte des Käfigs angeordnet,
- • anschließend wird
die Welle auf diesen ersten Lagerhalbschalen angeordnet,
- • danach
werden zweite Lagerhalbschalen auf der Welle gegenüber den
ersten Lagerhalbschalen angeordnet, und
- • die
obere Hälfte
des Käfigs
gegenüber
der unteren Hälfte
des Käfigs
positioniert,
so dass die Lagerhalbschalen auf der Welle fixiert werden.
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Wenn
die Lagerhalbschalen mit einem Presssitz im Lagersattel und Lagerdeckel
des Käfigs sitzen,
ist eine axiale Fixierung ohne weiteres gegeben und ein Verdrehen
der Schalen ebenfalls ausgeschlossen. Die Beaufschlagung der Lagerschalen
mit einer Kraft in radialer Richtung erfolgt unmittelbar über den
Lagersattel bzw. Lagerdeckel.
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Unmittelbar
vor der Endmontage wird die untere Hälfte des Käfigs entfernt und die Welle
mit den auf ihr angeordneten Gleitlagern zusammen mit der oberen
Hälfte
des Käfigs
in die untere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes bzw. in die untere Hälfte des Kurbelgehäuses eingesetzt.
Danach wird die obere Hälfte
des Käfigs
entfernt und die obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes bzw. die obere Hälfte
des Kurbelgehäuses
montiert. An diesem Montageablauf lässt sich erkennen, dass das
System aus Welle und Lagern im Käfig
tatsächlich
in einer der späteren
Einbausituation ähnlichen
Position angeordnet ist und die untere bzw. obere Hälfte des
Käfigs
gewissermaßen
eine Platzhalterfunktion für
die untere bzw. obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes bzw. des Kurbelgehäuses haben. Zudem kann die
obere Käfighälfte als
Montagehilfe verwendet werden, indem sie beim Einsetzen der Welle
mit den auf ihr angeordneten Lagern als Halt- und Greifarm dient.
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Die
Bestückung
des Käfigs
mit Lagerhalbschalen und Welle kann alternativ aber auch nach einem
Verfahren erfolgen, bei dem
- • erste Lagerhalbschalen
in der unteren Hälfte
des Käfigs
angeordnet werden,
- • die
Welle auf diesen ersten Lagerhalbschalen angeordnet wird,
- • zweite
Lagerhalbschalen in der oberen Hälfte des
Käfigs
angeordnet werden, und
- • die
obere Hälfte
des Käfigs
gegenüber
der unteren Hälfte
des Käfigs
angeordnet
wird, so dass die Lagerhalbschalen auf der Welle fixiert werden.
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Im
Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Verfahren werden die zweiten
Lagerschalen in die obere Hälfte
des Käfigs
eingesetzt und dann mit dieser zusammen auf die untere Hälfte des
Käfigs
gesetzt.
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Vorteilhaft
sind aber auch Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen die Vorrichtung als eine zweiteilige,
eine erste Klammerbacke und eine zweite Klammerbacke umfassende
Klammer ausgebildet ist, welche fähig ist die Lagerhalbschalen
auf der Welle in einer der Einbausituation des Systems ähnlichen
Position zu fixieren.
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Vorteilhaft
sind des weiteren Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen die Vorrichtung über eine der Anzahl der Gleitlager
entsprechenden Anzahl von Klammern, die jeweils mit einer ersten
Klammerbacke und einer zweiten Klammerbacke ausgestattet sind, verfügt, und
die fähig
sind die Lagerhalbschalen auf der Welle in einer der Einbausituation des
Systems ähnlichen
Position zu fixieren.
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Im
Vergleich zu einem Käfig
haben Klammern einen geringeren Platzbedarf und gehen im günstigsten
Fall nicht über
die Außenmaße der Welle hinaus,
weshalb diese Ausführungsform
der Haltmittel wesentlich platzsparender und damit im Hinblick auf
den Transport kostengünstiger
ist.
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Vorteilhaft
sind dabei Ausführungsformen der
Vorrichtung, bei denen die Klammer bzw. die Klammern mit Rückstellelementen
ausgestattet ist bzw. sind, die ein selbsttätiges Schließen der
Klammer bewirken. Die Rückstellelemente
und der mit ihnen verbundene automatische Schließmechanismus machen die Klammer
bedienungsfreundlicher und schneller handhabbar, was zu kürzeren Fertigungszeiten
führt.
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Vorteilhaft
sind Ausführungsformen
der Vorrichtung, bei denen die Vorrichtung mit Arretierungsmitteln
ausgestattet ist, welche ein Verdrehen der Welle gegenüber den
Lagerhalbschalen verhindern.
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Damit
auch bei einer entfernten unteren Käfighälfte oder bei geöffneten
Klammern die Lager gegen ein Verdrehen gegenüber der Welle gesichert sind,
kann eine Arretierung vorgesehen werden, die beispielsweise aus
einem an der Haltevorrichtung angeordneten Arretierungsmittel und
einem mit diesem Arretierungsmittel zusammenarbeitenden zweiten
Arretierungsmittel, welches an der Welle vorgesehen ist, aufgebaut
ist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen
gemäß den 1 bis 6 näher
beschrieben. Hierbei zeigt:
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1 schematisch eine Ausführungsform des
Systems mit Welle und Lagern,
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2 schematisch ein aus zwei
Lagerhalbschalen gefertigtes Gleitlager,
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3 schematisch eine Schweißnaht des
in 2 dargestellten Gleitlagers,
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4 schematisch eine erste
Ausführungsform
der Haltevorrichtung,
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5 einen Querschnitt der
in 4 dargestellten Haltevorrichtung
entlang der Linie A-A, und
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6 schematisch eine zweite
Ausführungsform
der Haltevorrichtung in einer perspektivischen Darstellung.
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1 zeigt eine Ausführungsform
des Systems 1 mit Hilfsnockenwelle 2 und Lagern 3.
Es handelt sich um eine geschmiedete, einstückig ausgeführte Welle 2. Diese
Welle 2 besteht aus Antriebskranz 9, mehreren
Wellenabsätzen 7 und
Nocken 4. Es ist nicht möglich Gleitlager 3 in
Form von Gleitlagerbuchsen zu verwenden, da die Wellenabsätze 7 über die
freien Enden 8', 8'' der Welle 2 nicht ohne weiteres
zugänglich
sind. Die Nocken 4 verhindern die freie Zugänglichkeit
der Wellenabsätze 7 und
ein Aufschieben von Buchsen.
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Diese
Art von Welle 2 kann somit nur mit aus zwei Lagerhalbschalen 5', 5'' bestehenden Gleitlagern 3 versehen
werden, die auf den Wellenabsätzen 7 angeordnet
werden. Vorzugsweise werden bei den aus zwei Lagerhalbschalen 5', 5'' aufgebauten Gleitlagern 3,
deren Lagerhalbschalen 5', 5'' sich mit ihren jeweils zwei Teilflächen in
zwei Bereichen gegenüberliegen,
die Lagerhalbschalen 5', 5'' in mindestens einem dieser beiden
Bereiche verbunden. Damit wird das System 1 aus Welle 2 und
Lager 3 zu einer unlösbaren
Einheit verbunden (siehe 2 und 3).
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2 zeigt schematisch ein
aus zwei Lagerhalbschalen 5', 5'' gefertigtes Gleitlager 3.
Die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' sind
in den Bereichen 12, in denen ihre Teilflächen 10, 11 gegenüberliegen,
jeweils mittels einer Schweißnaht 15 stoffschlüssig verbunden.
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3 zeigt schematisch – in einer
Vergrößerung des
Stoßes – eine Schweißnaht 15 des
in 2 dargestellten Gleitlagers 3.
Dabei handelt es sich um ein Polymerverbundlager 3 mit
einer ein Polymer oder ein Polymergemisch aufweisenden Gleitschicht 14,
die auf einem Sintergerüst
aufgetragen ist, das sich auf einem Stützkörper 13 befindet.
In dem Bereich 12, in dem die Teilfläche 10 der ersten
Lagerhalbschale 5' der
Teilfläche 11 der
zweiten Lagerhalbschale 5'' gegenüberliegt,
sind die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' mittels
einer Schweißnaht 15 stoffschlüssig verbunden.
Es ist zu erkennen, dass sich die Schweißnaht 15 nur im Bereich
des aus Metall gefertigten Stützkörpers 13 erstreckt
und ausreichenden Abstand von der Gleitschicht 14 hat,
so dass diese nicht durch die Schweißnaht 15 beeinträchtigt wird oder
durch einen zu großen
Wärmeeintrag
während des
Schweißvorganges
Schaden nimmt.
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Die
Vorrichtung und die für
das Arbeitsverfahren der Vorrichtung werden im folgenden anhand der 4, 5 und 6 beschrieben.
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4 zeigt schematisch eine
erste Ausführungsform
der Haltevorrichtung 20, wobei diese Haltevorrichtung 20 in
Form eines Käfigs 21 ausgebildet ist.
Der Käfig 21 besteht
aus einer unteren Hälfte 22 und
einer oberen Hälfte 23.
Grundsätzlich
sind die beiden folgenden Verfahrensabläufe zu bevorzugen.
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Es
werden zunächst
erste untere Lagerhalbschalen 5'' in
der unteren Hälfte 22 des
Käfigs 21 angeordnet,
wobei sie jeweils von einem in der unteren Hälfte 22 angeordneten,
als Haltemittel dienenden Lagersattel 24 aufgenommen bzw.
gehalten werden. Anschließend
wird die Welle 2 auf diesen unteren Lagerhalbschalen 5'' angeordnet. Danach werden zweite
obere Lagerhalbschalen 5' auf
der Welle 2 gegenüber
den unteren Lagerhalbschalen 5'' angeordnet und
die obere Hälfte 23 des
Käfigs 21 gegenüber der unteren
Hälfte 22 des
Käfigs 21 positioniert,
so dass die Lager 3 auf der Welle 2 fixiert werden.
Die zweiten, oberen Lagerschalen 5' werden dabei von als Haltemittel
dienenden Lagerdeckeln 25, die in der oberen Hälfte 23 des
Käfigs 21 angeordnet
sind, aufgenommen bzw. gehalten.
-
Alternativ
können
die zweiten, oberen Lagerhalbschalen 5' aber auch zunächst in der oberen Hälfte 23 des
Käfigs 21 angeordnet
werden und zusammen mit dieser oberen Hälfte 23 des Käfigs 21 gegenüber der
unteren Hälfte 22 des
Käfigs 21 positioniert
werden, so dass die Lagerschalen 5', 5'' auf der
Hilfsnockenwelle 2 fixiert werden.
-
Damit
sind die Lagerhalbschalen 5', 5'' auf der Hilfsnockenwelle 2 in
einer der Einbausituation des Systems (1) ähnlichen
Position fixiert.
-
Der
Käfig 21 verfügt in dem
Bereich, in dem die Lagerhalbschalen 5', 5'' miteinander
verbunden werden über
Fenster 26, so dass dieser Bereich der Lagerhalbschalen 5', 5'' zugänglich ist. Das Fenster 26 ermöglicht das
Verbinden der Lagerhalbschalen 5', 5'',
beispielsweise mit einer Schweißnaht,
während
die Welle 2 und die auf ihr angeordneten Lagerhalbschalen 5', 5'' in dem Käfig 21 in einer der
Einbausituation des Systems 1 ähnlichen Position fixiert sind.
Damit übernimmt
der Käfig 21 die
Funktion einer Haltevorrichtung für das Einbringen einer Schweiß- oder
Klebeverbindung. Der Käfig 21 kann aber
auch gleichzeitig als Transportgefäß verwendet werden. Das System 1 aus Welle 2 und
Lagern 3 verbleibt nach der Herstellung in dem Käfig 21 und
wird in dieser Form ausgeliefert. Bei der Endmontage des Systems 1 im
Zylinderkopf oder Kurbelgehäuse
wird dann die untere Hälfte 22 des
Käfigs 21 demontiert bzw.
entfernt und das System 1 aus Welle 2 und Lagern 3 zusammen
mit der oberen Hälfte 23 in
die untere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes oder Kurbelgehäuses
gesetzt. Anschließend
wird die obere Gehäusehälfte 23 des
Käfigs 21 entfernt
und die obere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes montiert.
-
5 zeigt einen Querschnitt
des in 4 dargestellten
Käfigs 21 entlang
der Linie A-A. Es ist zu erkennen wie die obere Lagerhalbschale 5' von einem in
der oberen Hälfte 23 des
Käfigs
angeordneten, als Haltemittel dienenden Lagerdeckel 25 und die
untere Lagerhalbschale 5" von
einem in der unteren Hälfte 22 des
Käfigs
angeordneten, als Haltemittel dienenden Lagersattel 24 aufgenommen
bzw. gehalten wird. Dadurch werden die Lagerhalbschalen 5', 5'' auf der Welle 2 in einer
der Einbausituation des Systems 1 ähnlichen Position fixiert und
insbesondere mit einer radialen Kraft beaufschlagt.
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Die
Bereiche, in denen die Lagerhalbschalen 5', 5'' miteinander
verbunden werden, sind über Fenster 26 frei
zugänglich.
Es ist somit gewährleistet, dass
ausreichend Platz vorhanden ist, um eine Schweißnaht 15 einbringen
zu können.
Im vorliegenden Beispiel werden die beiden Lagerhalbschalen 5', 5'' an beiden Seiten miteinander mittels
einer Schweißnaht 15 verbunden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
sitzen beide Lagerhalbschalen 5', 5'' mit
einem Presssitz im Lagersattel 24 bzw. Lagerdeckel 25,
wodurch sowohl eine axiale Fixierung als auch eine Sicherung gegen Verdrehen
der Schalen 5', 5'' gegenüber der Welle 2 erzielt
wird. Während
des Schweißens
werden beide Lagerhalbschalen 5', 5'' über den Lagersattel 24 bzw. Lagerdeckel 25 mit
einer Kraft in radialer Richtung auf den Wellenabsatz 7 der
Welle 2 gedrückt.
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6 zeigt schematisch eine
zweite Ausführungsform
der Haltevorrichtung 20 in einer perspektivischen Darstellung,
wobei die Haltevorrichtung 20 bei dieser Ausführungsform
als Klammern 40 ausgebildet sind.
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Die
gezeigte Ausführungsform
ist mit drei einzelnen Klammern 40 ausgestattet. Jede Klammer 40 verfügt über zwei
Klammerbacken 41, 42, die gegeneinander verschwenkt
werden können
und wird durch zwei als Rückstellelemente
dienende Federn 43 in die Schließstellung gezwungen. Die Welle selbst
ist nicht dargestellt. Zur Veranschaulichung ist aber die Achse 16 der
Welle eingezeichnet, um die Lage der Halterung 20 relativ
zur Welle zu veranschaulichen.
-
Damit
die Welle gegen ein Verdrehen gegenüber den Lagern gesichert ist,
wurde eine Arretierung vorgesehen, die aus einem an der Klammer 40 angeordneten
Arretierungsstift 44 und einem mit diesem Arretierungsmittel 44 zusammenarbeitenden
zweiten Arretierungsmittel, welches an der Welle vorgesehen wird,
besteht. Die Klammern 40 bzw. die Klammerbacken 41, 42 können so
ausgebildet werden, dass das System aus Welle und Lagern bei der
Endmontage dieser Baugruppe zusammen mit der Klammer 40 in die
untere Gehäusehälfte des
Zylinderkopfes oder Kurbelgehäuses
eingesetzt wird bevor die Klammer 40 entfernt wird. Hierdurch
wird eine exakte Positionierung des System gewährleistet.
-
Wie
der in den 4 und 5 dargestellte Käfig ist
auch die Klammer 40 mit mehreren Fenstern 26 ausgestattet.
-
- 1
- System
- 2
- Welle
- 3
- Gleitlager
- 4
- Nocken
- 5'
- obere
Lagerhalbschalen
- 5''
- untere
Lagerhalbschalen
- 7
- Wellenabsatz
- 8'
- freies
Wellenende
- 8''
- freies
Wellenende
- 9
- Antriebskranz
- 10
- Teilfläche
- 11
- Teilfläche
- 12
- Stoßbereich
- 13
- Stützkörper
- 14
- Gleitschicht
- 15
- Schweißnaht
- 16
- Wellenachse
- 20
- Vorrichtung
- 21
- Käfig
- 22
- untere
Hälfte
- 23
- obere
Hälfte
- 24
- Lagersattel
- 25
- Lagerdeckel
- 26
- Fenster
- 40
- Klammer
- 41
- Klammerbacke
- 42
- Klammerbacke
- 43
- Rückstellelement
- 44
- Arretierungsstift