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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 durch mindestens ein 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 Anwendungen vollständig zufriedenstellend. In Anwendungen mit einer geringen Drehzahl oder in Anwendungen, in denen sich die Drehrichtung abrupt umkehrt, treten bei dieser Art von 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 oder 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 Beeinträchtigung verformt werden kann.
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Weiterhin strebt die vorliegende Erfindung nach der Bereitstellung eines Käfigs mit geringer Größe und 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 Verbindungsabschnitte, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Taschen verbinden. Mindestens einer der Verbindungsabschnitte ist zumindest in Umfangsrichtung elastisch verformbar, um eine Bewegung der beiden zugehörigen Taschen bezüglich einander in Umfangsrichtung zu gestatten.
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Vorteilhafterweise umfasst der Verbindungsabschnitt mindestens zwei elastische Nasen, die zusammengefügt sind und eine Feder bilden Die durch die Nasen gebildete Feder kann mindestens eine Wellung aufweisen. Jede Nase kann ein Verbindungsteil, das mit der zugehörigen Tasche verbunden ist, und ein Fügeteil, das mit dem Fügeteil der anderen Nase verbunden ist, umfassen, wobei die Fügeteile bezüglich der Verbindungsteile lateral versetzt sind.
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Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Verbindungsabschnitt radial. Als Alternative dazu kann sich der Verbindungsabschnitt axial oder schräg erstrecken.
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Vorzugsweise begrenzt der Verbindungsabschnitt um den Umfang zwischen den beiden zugehörigen Taschen mindestens zwei Kerben, die sich lateral auf jeder Seite des Abschnitts befinden.
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Bei einer Ausführungsform ist jeder der Verbindungsabschnitte mindestens in Umfangsrichtung elastisch verformbar.
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Die Taschen können jeweils eine Wand mit im Wesentlichen konstanter Dicke aufweisen.
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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 einen Schritt entlang 111-111 von 2,
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4 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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5 einen Schnitt entlang V-V von 4,
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6 eine Detailansicht eines Käfigs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und
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7 einen Schnitt entlang VII-VII von 6.
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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 zu gewährleisten. 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 ein.
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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 Füge- oder Verbindungsabschnitte 16, die jeweils zwei aufeinanderfolgende Taschen zusammenfügen. Wie später ausführlicher beschrieben werden wird, ist jeder Verbindungsabschnitt 16 dazu ausgeführt, eine Bewegung der beiden benachbarten zugehörigen Taschen bezüglich einander in Umfangsrichtung 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 sind nicht mit solchen Haltemitteln versehen. 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 bereitstellen. Die Taschen 12 sind nicht mit solchen axialen Haltemitteln versehen.
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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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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungsabschnitte 16 miteinander identisch und erstrecken sich zwischen den Taschen radial zur Außenseite des Käfigs. Jeder Verbindungsabschnitt 16 ist um den Umfang zwischen zwei benachbarten Taschen positioniert. Jeder Verbindungsabschnitt 16 des Käfigs ist dazu konfiguriert, eine Relativbewegung der beiden zugehörigen Taschen in Umfangsrichtung zu gestatten. Jeder Verbindungsabschnitt 16 ist in Umfangsrichtung flexibel und elastisch verformbar, um zu gestatten, dass sich eine Tasche in Umfangsrichtung bezüglich der anderen Tasche bewegt.
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Jeder Verbindungsabschnitt 16 ist mit einer ersten elastischen gekrümmten Nase 16a, die sich von der Wand der ersten zugehörigen Tasche radial zur Außenseite erstreckt, und mit einer zweiten elastischen gekrümmten Nase 16b, die die erste Nase radial nach innen verlängert und mit der Wand der zweiten Tasche verbunden ist, versehen. Die erste und die zweite Nase 16a, 16b sind flach, aneinander angrenzend und in Umfangsrichtung flexibel. Die Nasen 16a, 16b sind um eine radiale Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16 zueinander symmetrisch.
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Jede Nase 16a, 16b umfasst ein Verbindungsteil, das mit der zugehörigen Tasche verbunden ist, und ein Fügeteil, das mit dem Fügeteil der anderen Nase verbunden ist. Die Fügeteile der beiden Nasen 16a, 16b sind bezüglich der mit den beiden Taschen verbundenen Verbindungsteile lateral, das heißt radial, zur Außenseite versetzt. Die Verbindungsteile der Nasen 16a, 16b sind durch eine Innenfläche, die auf die Bohrung des Käfigs 10 ausgerichtet ist, radial begrenzt, und die Fügeteile der Nasen sind durch eine Außenfläche, die auf die Außenfläche des Käfigs ausgerichtet ist, radial begrenzt. Die Nasen 16a, 16b bilden eine Feder, die eine Rückstellkraft in Umfangsrichtung anlegen kann. Die Feder umfasst eine Wellung, welche in diesem Fall die Gesamtform eines V im Querschnitt ist.
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Jeder Verbindungsabschnitt 16 verbindet entweder eine Tasche 12 und eine Tasche 14 oder zwei Taschen 12. Für jeden Verbindungsabschnitt 16, der zwei Taschen 12 verbindet, ist der Verbindungsabschnitt 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 jedem Verbindungsabschnitt 16, der eine Tasche 12 und eine Tasche 14 verbindet, ist der Verbindungsabschnitt erstens mit der Seitenwand 12b der Tasche 12 und zweitens mit der sphärischen Wand 14a der Tasche 14 umfangsmäßig auf der gegenüberliegenden Seite von der durch jede Tasche definierten Öffnung verbunden. Bei jedem Verbindungsabschnitt 16 ist das Verbindungsteil jeder Nase um den Umfang mit der Wand der zugehörigen Tasche 12 oder 14 um den Umfang auf der gegenüberliegenden Seite von der durch die Tasche definierten Öffnung verbunden.
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Jeder Verbindungsabschnitt 16 begrenzt eine Kerbe 18, die auf der Innenseite des Käfigs radial offen ist und auf jeder Seite des Abschnitts axial offen ist. Die Kerbe 18 passiert axial durch die Dicke des Verbindungsabschnitts 16. Die Kerbe 18 erstreckt sich radial über die Verbindungsteile der Nasen 16a, 16b hinaus. Die Kerbe 18 ist in Umfangsrichtung durch die Nasen 16a, 16b begrenzt und befindet sich in der radialen Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16. Jeder Verbindungsabschnitt 16 begrenzt auch zwei Kerben 20, 22, die auf der Außenseite des Käfigs radial offen sind und auf jeder Seite des Abschnitts axial offen sind. Die Kerben 20, 22 passieren axial durch die Dicke des Verbindungsabschnitts 16. Die Kerben 20, 22 sind um die radiale Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16 symmetrisch. Jede Kerbe 20, 22 erstreckt sich radial nach innen. Die Kerbe 20 ist in Umfangsrichtung durch die Nase 16a und die benachbarte Tasche begrenzt, und die Kerbe 22 ist in Umfangsrichtung durch die Nase 16b und die benachbarte Tasche begrenzt.
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Im Betrieb, wenn sich zwei in zwei benachbarten Taschen untergebrachte Kugeln in entgegengesetzte Richtungen bewegen, kann sich der die beiden Taschen verbindende Verbindungsabschnitt 16 elastisch in Umfangsrichtung biegen, um eine relative Umfangsbewegung der Kugeln und Taschen zu gestatten, und kann dann in seine Anfangsposition zurückkehren, wenn wieder bewirkt wird, dass sich die Kugeln auf gleiche Weise bewegen. Im Betrieb können sich die Verbindungsabschnitte 16 deshalb verformen, und dadurch wird die Gefahr einer Beschädigung des Käfigs 10 stark reduziert. Die Kerben 18, 20 und 22 fördern eine Verformung der Verbindungsabschnitte 16 in Umfangsrichtung. Des Weiteren bilden diese Kerben Aussparungen, die den Käfig 10 durch Reduzieren der verwendeten Materialmenge leichter machen. Die Elastizität jedes Verbindungsabschnitts 16 kann gemäß der Dicke der Nasen 16a, 16b und/oder gemäß der Radialabmessung der Kerben 18 bis 22 und/oder gemäß der Beschaffenheit des Käfigmaterials modifiziert werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Verbindungsabschnitte 16 des Käfigs radial zur Außenseite. Als Alternative ist es möglich, Verbindungsabschnitte bereitzustellen, die sich radial zur Innenseite des Käfigs erstrecken. Bei einer anderen Ausführungsform, die in den 4 und 5, in denen identische Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, dargestellt ist, umfasst der Käfig Verbindungsabschnitte 26 der gleichen Art wie die zuvor beschriebenen, die flexibel und elastisch verformbar sind, um eine Relativbewegung der Taschen 12, 14 in Umfangsrichtung zu gestatten.
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Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Verbindungsabschnitte 26 nur hinsichtlich ihrer Ausrichtung und ihrer reduzierten Dicke. Die Verbindungsabschnitte 26 erstrecken sich hier axial zwischen den Taschen 12, 14. Jeder Verbindungsabschnitt 26 ist mit einer ersten elastischen gekrümmten Nase 26a, die sich von der Wand der ersten zugehörigen Tasche axial auf der gleichen Seite wie die Öffnung der Tasche erstreckt, und mit einer zweiten elastischen gekrümmten Nase 26b, die die erste Nase auf der gegenüberliegenden Seite axial verlängert und mit der Wand der zweiten zugehörigen Tasche verbunden ist, versehen. Die Fügeteile der Nasen 26a, 26b sind bezüglich der mit den beiden Taschen verbundenen Verbindungsteile axial zur Außenseite versetzt. Die erste und die zweite Nase 26a, 26b sind um eine axiale Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16 zueinander symmetrisch. Die Nasen 26a, 26b bilden eine Umfangsfeder, die eine Wellung umfasst, welche im Querschnitt die Gesamtform eines U hat.
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Jeder Verbindungsabschnitt 26 begrenzt eine Kerbe 28, die auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Taschen 12, 14 axial offen, und öffnet sich radial auf jeder Seite des Abschnitts. Die Kerbe 28 ist in Umfangsrichtung durch die Nasen 26a, 26b begrenzt und befindet sich in der axialen Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16. Jeder Verbindungsabschnitt 16 begrenzt ferner zwei Kerben 30, 32, die auf der gleichen Seite wie die Taschen 12, 14 axial offen sind und radial auf jeder Seite des Abschnitts offen sind. Die Kerben 30, 32 sind um die axiale Mittelebene des Verbindungsabschnitts 16 symmetrisch. Die Kerbe 30 ist in Umfangsrichtung durch die Nase 26a und die unmittelbar benachbarte Tasche begrenzt, und die Kerbe 32 ist in Umfangsrichtung durch die Nase 26b und die unmittelbar benachbarte Tasche begrenzt.
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Bei dieser dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Verbindungsabschnitte 26 des Käfigs auf der gleichen Seite wie die Öffnungen der Taschen 12, 14 axial zur Außenseite. Als Alternative ist es möglich, Verbindungsabschnitte bereitzustellen, die sich axial zur Innenseite erstrecken. Bei einer anderen in den 6 und 7, in denen identische Elemente gleiche Bezugszeichen tragen, dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Verbindungsabschnitte 26 des Käfigs schräg zur Außenseite des Käfigs. Als Alternative könnte es sogar möglich sein, Verbindungsabschnitte bereitzustellen, die sich schräg zur Innenseite des Käfigs erstrecken.
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Bei allen dargestellten Ausführungsformen umfasst jeder flexible Verbindungsabschnitt ein Paar Nasen, die eine Umfangsfeder bilden. Als Alternative könnte es möglich sein, dass ein oder jeder Verbindungsabschnitt eine höhere Anzahl von Paaren von Nasen bereitstellt, um eine Feder zu erhalten, die mehrere Wellungen umfasst, wodurch die Fähigkeit des Käfigs, sich in Umfangsrichtung zu verformen, verstärkt wird. Bei einer anderen alternativen Ausführungsformausbildung könnte es auch möglich sein, einen Käfig bereitzustellen, der sowohl Verbindungsabschnitte, die in Umfangsrichtung verformbar sind, als auch Verbindungsabschnitte, die in Umfangsrichtung nicht verformbar sind, umfasst.
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Bei allen der dargestellten Ausführungsformen erstrecken sich die verschiedenen Verbindungsabschnitte entweder radial oder axial oder schräg. Als Alternative könnte es möglich sein, die verschiedenen dargestellten Verbindungsabschnitte in ein und demselben Käfig zu kombinieren Es könnte zum Beispiel möglich sein, einen Käfig bereitzustellen, der erste Verbindungsabschnitte, die sich radial erstrecken, und zweite Verbindungsabschnitte, die sich axial oder schräg erstrecken, umfasst, oder einen Käfig, der erste Verbindungsabschnitte, die sich axial erstrecken, und zweite Verbindungsabschnitte, die sich schräg erstrecken, umfasst, oder als Alternative einen Käfig, der erste Verbindungsabschnitte, die sich radial erstrecken, zweite Verbindungsabschnitte, die sich axial erstrecken, und dritte Verbindungsabschnitte, die sich schräg erstrecken, umfasst.
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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 Taschen 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 Umfangsrichtung 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 in Umfangsrichtung bewegen können.
