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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wälzlager, insbesondere der in elektrischen Kraftfahrzeugservolenkungen verwendeten Wälzlager.
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Insbesondere betrifft die Erfindung Haltekäfige, die eine Umfangsbeabstandung zwischen den Wälzkörpern der Wälzlager gewährleisten.
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Eine elektrische Kraftfahrzeugservolenkung umfasst allgemein einen elektromechanischen Aktuator, der sich an der Lenksäule oder an der unteren Baugruppe, die mechanische Komponenten umfasst, welche die Winkelpositionierung der gelenkten Räder des Fahrzeugs gewährleisten sollen, befindet. Der elektromechanische Aktuator umfasst einen elektrischen Drehmotor, dessen Welle in mindestens einem Wälzlager entweder direkt oder über ein Kugelumlaufspindelsystem gestützt wird. Das Wälzlager umfasst allgemein einen Innenring, einen Außenring und eine Reihe von Wälzkörpern, im Allgemeinen Kugeln, die zwischen den Ringen angeordnet sind.
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Ein Haltekäfig für ein Wälzlager, der mehrere Taschen zur Aufnahme der Kugeln umfasst, von denen jede teilweise durch zwei Klauen definiert wird, die gegenüber einem Absatz des Käfigs angeordnet sind, ist aus der Schrift
FR-A1-2 911 934 bekannt. Solche Käfige sind in vielen Anmeldungen vollständig zufriedenstellend. In Anwendungen mit einer geringen Drehzahl oder in Anwendungen, in denen sich die Drehrichtung abrupt umkehrt, treten bei diesem Käfig jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf. Insbesondere kann der Käfig unter der Wirkung der Kugeln eine erhebliche Verformung erfahren und mit dem Innenring in Kontakt kommen, wodurch er beschädigt oder sogar zerstört werden kann.
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Darüber hinaus wird der Käfig ebenfalls stark verformt oder sogar zerstört, wenn sich die Richtung, in der die Last an das Wälzlager angelegt wird, ändert, wie dies zum Beispiel der Fall ist, wenn die Räder eines mit einem elektrischen Servolenksystem ausgestatteten Fahrzeugs, wie oben beschrieben, gedreht werden, während der Fahrer beim Parken des Fahrzeugs nach links und nach rechts manövriert.
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Aus der Schrift
FR-A1-2 883 941 ist auch ein Käfig für ein Wälzlager bekannt, der erste Taschen, die mit axialen Halteklauen für das axiale Festhalten des Käfigs an den Kugeln versehen sind, und zweite Taschen ohne axiale Halteklauen umfasst.
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In einer Anwendung mit hohen axialen und radialen Lasten und geringen Drehzahlen, zum Beispiel Drehzahlen zwischen 100 und 300 RPM, erfährt das Wälzlager eine erhebliche Verformung. Solch ein Käfig bietet den Kugeln bezüglich einander nicht genug Freiheit, was bedeutet, dass der Käfig auch stark verformt wird, wenn sich zwei benachbarte Kugeln in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Dies kann eine Zerstörung des Käfigs verursachen.
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Die vorliegende Erfindung strebt danach, diese Nachteile zu überwinden.
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Insbesondere strebt die vorliegende Erfindung nach der Bereitstellung eines Käfigs für ein Wälzlager, der eine hohe Zuverlässigkeit bietet.
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Weiterhin strebt die vorliegende Erfindung nach der Bereitstellung eines Käfigs, der bei begrenzter Gefahr einer Beschädigung verformt werden kann.
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Weiterhin strebt die vorliegende Erfindung nach der Bereitstellung eines Käfigs mit geringer Größe, begrenztem Gewicht und der leicht zu montieren ist.
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Bei einer Ausführungsform umfasst der Käfig für ein Wälzlager, wobei der Käfig die Umfangsbeabstandung einer Reihe von Wälzkörpern gewährleisten soll, Taschen für die Wälzkörper und Verbindungsnasen, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Taschen verbinden, wobei mindestens eine Aussparung in der Dicke mindestens einer der Nasen ausgebildet ist.
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Die Verbindungsnase kann sich um den Umfang zwischen den beiden zugehörigen Taschen erstrecken. Vorteilhafterweise ist die Verbindungsnase axial zur Innenseite des Käfigs bezüglich der offenen freien Enden der Taschen versetzt und ist axial zur Außenseite bezüglich der Böden der Taschen versetzt.
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Die Aussparung kann in einer ersten Richtung von einem Rand der Verbindungsnase zu einem gegenüberliegenden Rand verlaufen und so eine Zone mit reduzierter Dicke an der Nase lassen. Die Aussparung kann sich auf jeder Seite der Verbindungsnase in einer zweiten Richtung, die von der ersten Richtung verschieden ist, öffnen.
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Bei einer Ausführungsform verläuft die Aussparung radial und öffnet sich axial auf jeder Seite der Verbindungsnase. Die Aussparung kann sich auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Käfigs radial öffnen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform verläuft die Aussparung axial oder schräg und öffnet sich radial auf jeder Seite der Verbindungsnase. Die Aussparung kann sich axial auf der gleichen Seite wie die Taschen oder auf der gegenüberliegenden Seite der Taschen öffnen.
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Vorzugsweise umfasst jede der Verbindungsnasen mindestens eine in der Dicke der Nase ausgebildete Aussparung. Vorteilhafterweise kann jede Aussparung einen Schlitz bilden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst der Käfig erste Taschen für erste Wälzkörper der Reihe, wobei die Taschen mit axialen Haltemitteln für das axiale Festhalten des Käfigs an den Wälzkörpern versehen sind, und zweite Taschen für zweite Wälzkörper der Reihe, wobei die Taschen keine axialen Haltemittel aufweisen.
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Der Käfig kann zum Beispiel einstückig aus einem synthetischen Material, vorzugsweise einem Polymermaterial, hergestellt sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Wälzlager, das einen Außenring, einen Innenring, mindestens eine Reihe von Wälzkörpern, die zwischen den Ringen angeordnet sind, und einen Käfig wie oben definiert umfasst.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Kraftfahrzeugservolenkung, die mindestens ein Wälzlager wie oben definiert umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird durch Lektüre der detaillierten Beschreibung einiger Ausführungsformen, die nur als nicht einschränkende Beispiele angeführt und durch die angehängten Zeichnungen veranschaulicht werden, besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Wälzlagerkäfigs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Detailansicht von 1,
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3 eine Schnittansicht entlang III-III von 2,
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4 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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5 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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6 eine Schnittansicht entlang VI-VI von 5,
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7 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
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8 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
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9 eine Schnittansicht entlang IX-IX von 8,
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10 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, und
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11 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
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1 stellt einen Käfig 10 dar, der zur Verwendung in einem Wälzlager jener Art ausgeführt ist, die einen Außenring, einen Innenring und mehrere Wälzkörper umfasst, welche in Form von Kugeln hergestellt und zwischen den Ringen angebracht sind. Der Käfig 10 ermöglicht es, eine gleichmäßige Umfangsbeabstandung der Kugeln zwischen den Ringen aufrechtzuerhalten. Der Käfig 10 kann vorteilhafterweise einstückig durch Formen eines Polymermaterials, wie zum Beispiel Polyamid, insbesondere PA 66 oder PA 46, oder als Alternative eines Polyetheretherketons (PEEK) hergestellt sein.
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Der Käfig 10, der eine ringförmige Gesamtform aufweist, umfasst mehrere Taschen 12, 14, die gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind und zur Aufnahme der Kugeln ausgeführt sind, und Nasen 16, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Taschen miteinander verbinden, zusammenfügen oder verbinden. Wie später ausführlicher beschrieben werden wird, ist jede Verbindungsnase 16 dazu ausgeführt, eine Relativbewegung zwischen den beiden benachbarten zugehörigen Taschen zu gestatten.
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Jede Tasche 12, 14 ist nur auf einer Seite axial offen und zur Innenseite und zur Außenseite radial offen, um ein Anbringen und Anordnen des Käfigs 10 über die Kugeln zu gestatten. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Taschen 14 mit axialen Haltemitteln für das axiale Festhalten des Käfigs an den Kugeln versehen, wie im Folgenden beschrieben werden wird, und die Taschen 12 weisen keine solchen Haltemittel auf. In diesem Fall sind acht Taschen 12 in Paaren unmittelbar benachbarter Taschen angeordnet. Die Paare von Taschen 12 sind durch eine Tasche 14 getrennt. In diesem Fall sind vier Taschen 14 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, um ein gleichmäßiges axiales Festhalten des Käfigs 10 an den Kugeln zu gewährleisten.
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Wie in den 2 und 3 deutlicher dargestellt, umfasst jede Tasche 12 zwei im Wesentlichen zylindrische Seitenwände 12a, 12b, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, und eine Bodenwand 12c, die die Seitenwände 12a, 12b verbindet. Die Wände 12a, 12b und 12c weisen eine konstante Dicke auf. Der Durchmesser des die Seitenwände 12a, 12b jeder Tasche 12 definierenden Zylinders ist größer als der der Kugeln, so dass den Kugeln ein gewisser Freiraum geboten werden kann, in dem sie sich bezüglich der Taschen 12 radial und umfangsmäßig bewegen können. Die Seitenwände 12a, 12b können kein axiales Festhalten des Käfigs an den Kugeln gewährleisten. Die Taschen 12 weisen keine solchen axialen Haltemittel auf.
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Jede Tasche 14 umfasst eine sphärische Wand 14a, die die zugehörige Kugel tendenziell umhüllt und eine Schale konstanter Dicke zur Aufnahme der Kugel bildet. Jede Tasche 14 umfasst weiterhin zwei einander gegenüberliegende Klauen 14b, 14c, die jeweils ein Ende der sphärischen Wand 14a verlängern. Die Klaue 14b erstreckt sich in Umfangsrichtung zu der gegenüberliegenden Klaue 14c, um die zugehörige Tasche 14 zu begrenzen. Die freien Enden der Klauen 14b, 14c sind in einem Abstand voneinander angeordnet, der kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln. Die Klauen 14b, 14c einer Tasche sind in der Lage, durch Anklammern an die in der Tasche angeordnete Kugel den Käfig 10 axial festzuhalten.
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Die Verbindungsnasen 16 sind identisch miteinander und erstrecken sich um den Umfang zwischen zwei benachbarten Taschen. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Nasen 16 auch radial und weisen im Vergleich zu der Axialabmessung der Taschen 12, 14 eine reduzierte axiale Dicke auf. Jede Nase 16 erstreckt sich um den Umfang von der Wand einer der beiden zugehörigen Taschen und ist mit der in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Wand, die zu der anderen Tasche gehört, verbunden. Jede Nase 16 verbindet entweder eine Tasche 12 und eine Tasche 14 oder zwei Taschen 12. Bei jeder Nase 16, die zwei Taschen 12 verbindet, ist die Nase um den Umfang auf jeder Seite mit der Seitenwand 12a oder 12b der zugehörigen Tasche auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der für die Kugel bereitgestellten Öffnung verbunden. Bei jeder Nase 16, die eine Tasche 12 und eine Tasche 14 verbindet, ist die Nase einerseits mit der Seitenwand 12b der Tasche 12 und andererseits mit der sphärischen Wand 14a der Tasche 14, die umfangsmäßig auf der gegenüberliegenden Seite von der für jede Tasche definierten Öffnung liegt, verbunden.
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Jede Nase 16 befindet sich axial zwischen der Bodenwand 12c und dem freien Ende der Seitenwand 12a oder 12b der zugehörigen Tasche im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem freien Ende und der Bodenwand. Mit anderen Worten ist jede Nase 16 axial zur Innenseite des Käfigs bezüglich der offenen freien Enden der Taschen 12, 14 versetzt und ist axial zur Außenseite bezüglich der Böden der Taschen versetzt. Jede Nase 16 wird radial durch einen auf die Bohrung des Käfigs ausgerichteten Innenrand und durch einen auf die Außenfläche des Käfigs ausgerichteten gegenüberliegenden Außenrand begrenzt. Jede Nase 16 ist flach.
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Jede Nase 16 umfasst einen Schlitz 18, der radial von dem Innenrand der Nase zu dem Außenrand verläuft. Der Schlitz 18 verläuft über den Großteil der Nase 16 bis zur Nähe des Außenrands und lässt so eine Zone mit einer geringen radialen Materialdicke am Außenrand. Der Schlitz 18 ist radial auf der Innenseite offen und radial auf der Außenseite nicht offen. Der Schlitz 18 ist axial auf jeder Seite der Nase 16 offen. Der Schlitz 18 passiert axial durch die Dicke der Nase 16. Der Schlitz 18 ist bei der dargestellten Ausführungsform U-förmig und befindet sich in einer axialen Mittelebene der Nase.
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Im Betrieb, wenn sich in zwei benachbarten Taschen untergebrachte Kugeln in entgegengesetzte Richtungen bewegen, kann sich die die beiden Taschen verbindende Nase 16, die den Schlitz 18 aufweist, elastisch in der radialen und/oder axialen Richtung biegen, um eine Relativbewegung der Kugeln und Taschen zu gestatten, und dann in ihre Anfangsposition zurückkehren, wenn wieder bewirkt wird, dass sich die Kugeln auf gleiche Weise bewegen. Im Betrieb können sich die Nasen 16 deshalb verformen, und dadurch wird die Gefahr einer Beschädigung des Käfigs 10 stark reduziert. Die geringe Dicke der Nasen fördert dieses Biegen oder Verformen. Der Schlitz 18 bildet an jeder Nase 16 eine Zone, in der die mechanische Festigkeit lokal geschwächt ist, wodurch ein Verformen der Nase und ein Bewegen der beiden zugehörigen Taschen weiter gefördert werden. Des Weiteren wird durch Bereitstellung der Nasen 16 geringer Dicke, die jeweils einen Schlitz 18 umfassen, das Anbringen des Käfigs über die Kugeln durch axiales Drücken erleichtert. Insbesondere gestatten die Nasen 16 und die Schlitze 18 eine Vergrößerung der Flexibilität des Käfigs, wodurch das Auftreten von Rissen beim Anbringen lokal verhindert wird. Des Weiteren bilden die Schlitze 18 Aussparungen, die den Käfig 10 durch Reduzieren der verwendeten Materialmenge leichter machen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Schlitze 18 der Nasen 16 radial auf der Innenseite des Käfigs offen. Als Alternative umfasst jede Nase 16, wie bei der Ausführungsform von 4, bei der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellt, einen Schlitz 20, der radial auf der Außenseite des Käfigs offen ist und sich axial auf jeder Seite durch die Dicke der Nase öffnet. Jeder Schlitz 20 verläuft radial vom Außenrand der Nase bis zur Nähe des Innenrands und lässt so eine Zone mit geringer radialer Materialdicke und öffnet sich axial auf jeder Seite der Nase.
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Die in den 5 und 6, in denen identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen darin, dass der Käfig 10 Nasen 22 umfasst, die sich um den Umfang und axial zwischen zwei benachbarten Taschen erstrecken. Jede Nase 22 erstreckt sich um den Umfang von der Wand einer der beiden zugehörigen Taschen und ist mit der in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Wand, die umfangsmäßig auf der gegenüberliegenden Seite von der durch jede Tasche definierten Öffnung zu der anderen Tasche gehört, verbunden. Jede Nase 22 weist im Vergleich zu der Axialabmessung der Taschen 12, 14 eine reduzierte Axialabmessung auf. Jede Nase 22 ist bezüglich der offenen freien Enden der Taschen 12, 14 axial zur Innenseite des Käfigs versetzt und ist bezüglich der Böden der Taschen axial zur Außenseite versetzt. Jede Nase 22 weist im Vergleich zu der radialen Dicke der Taschen 12, 14 eine reduzierte Radialabmessung auf. Jede Nase 22 befindet sich radial zwischen dem Innen- und dem Außenrand der Taschen 12, 14 und ist auf die Bohrung bzw. auf die Außenfläche des Käfigs ausgerichtet.
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Jede Nase 22 umfasst einen Schlitz 24, der axial auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Taschen 12, 14 verläuft. Jeder Schlitz 24 verläuft axial von einem sich auf der gleichen Seite wie der Boden der Taschen 12 und 14 befindenden radialen Endrand zu dem gegenüberliegenden radialen Endrand. Die Ränder begrenzen axial die Nase. Der Schlitz 24 verläuft über den Großteil der Nase 22. Der Schlitz 24 ist axial auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Taschen 12, 14 offen und ist auf der gleichen Seite wie die Taschen axial nicht offen. Der Schlitz 24 ist radial auf jeder Seite der Nase 22 offen. Der Schlitz 24 passiert radial durch die Dicke der Nase 22. Der Schlitz 24 ist bei dieser Ausführungsform U-förmig und befindet sich in einer axialen Mittelebene der Nase.
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Bei dieser dargestellten Ausführungsform sind die Schlitze 24 der Nasen 22 axial auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Taschen 12, 14 offen. Wie bei der Ausführungsform von 7, bei der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellt, umfasst jede Nase 22 als Alternative einen Schlitz 26, der axial auf der gleichen Seite wie die Taschen 12, 14 offen ist und sich radial auf jeder Seite durch die Dicke der Nase öffnet.
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Die in den 8 und 9, in denen identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform nur darin, dass der Käfig Nasen 28 umfasst, die sich um den Umfang und schräg zwischen zwei benachbarten Taschen erstrecken. Jede Nase 28 erstreckt sich schräg zur Innenseite des Käfigs. Jede Nase 28 befindet sich radial zwischen dem Innen- und dem Außenrand der Taschen 12, 14 und ist auf die Bohrung bzw. auf die Außenfläche des Käfigs ausgerichtet. Jede Nase 28 ist bezüglich der offenen freien Enden der Taschen 12, 14 axial zur Innenseite des Käfigs versetzt und ist bezüglich der Böden der Taschen axial zur Außenseite versetzt. An jeder Nase 28 ist auf genau die gleiche Weise wie die Schlitze 24 der Nasen 22 der dritten Ausführungsform ein Schlitz 30 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Schlitze 30 auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Taschen 12, 14 axial offen und öffnen sich radial auf jeder Seite durch die Dicke der Nase. Wie bei der Ausführungsform von 10, bei der identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellt, umfasst jede Nase 28 als Alternative einen Schlitz 32, der axial auf der Seite der Taschen 12, 14 offen ist und sich radial auf der Innenseite und auf der Außenseite des Käfigs öffnet.
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Bei allen dargestellten Ausführungsformen umfasst jede Nase einen einzigen Schlitz. Als Alternative könnte es möglich sein, dass eine oder jede Nase eine hohe Anzahl von Schlitzen, zum Beispiel zwei, bereitstellt, um die Flexibilität des Käfigs weiter zu erhöhen. Solche Schlitze können an ein und demselben Rand der Nase oder als Alternative an zwei gegenüberliegenden Rändern, wie bei der Ausführungsform von 11, die der Kombination aus der ersten und zweiten Ausführungsform entspricht, dargestellt, ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Käfig für jede Nase 16 den vom Innenrand der Nase verlaufenden Schlitz 18 und den vom Außenrand verlaufenden Schlitz 20. Die Schlitze 18, 20 sind hier zueinander weisend positioniert Ähnlich kann es möglich sein, die Schlitze der dritten und der vierten Ausführungsform oder sogar die Schlitze der fünften und der sechsten Ausführungsform zu kombinieren.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen bilden die Schlitze Aussparungen in den Nasen. Als Alternative dazu kann es möglich sein, andere Arten von Aussparungen als Ersatz oder in einer Kombination bereitzustellen, zum Beispiel Kerben, Ausschnitte usw. Bei einer anderen alternativen Ausführungsformausbildung könnte es auch möglich sein, einen Käfig bereitzustellen, der sowohl mit Aussparungen versehene Nasen als auch nicht mit Aussparungen versehene Nasen umfasst.
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Bei allen der dargestellten Ausführungsformen erstrecken sich die Nasen entweder radial oder axial oder schräg. Als Alternative könnte es möglich sein, in ein und demselben Käfig die verschiedenen Nasenausrichtungen und die verschiedenen Ausrichtungen der Schlitze an den Nasen zu kombinieren.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen umfasst der Käfig Taschen, die mit axialen Haltemitteln versehen sind, und Taschen ohne solche Haltemittel. Als Alternative könnte der Käfig nur eine Art von Tasche umfassen. Bei einer anderen alternativen Ausführungsformausbildung könnte es sogar möglich sein, einen Käfig bereitzustellen, der die Umfangsbeabstandung anderer Arten von Wälzkörpern, zum Beispiel Rollen, gestattet.
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Dank der Erfindung können sich die Taschen, die die Wälzkörper aufnehmen, bezüglich einander in Radial- und/oder Axialrichtung bewegen. Somit ist die Gefahr einer Beschädigung des Käfigs, wenn sich zwei benachbarte Wälzkörper in entgegengesetzte Richtungen bewegen, insofern stark reduziert, als sich diese Wälzkörper bezüglich einander bewegen können.
