DE1575458A1

DE1575458A1 - Kugelkaefig und Verfahren seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1575458A1
Application number: DE19671575458
Authority: DE
Inventors: Vannest James L
Original assignee: Fafnir Bearing Co
Current assignee: Fafnir Bearing Co
Priority date: 1966-04-08
Filing date: 1967-04-06
Publication date: 1970-03-05
Also published as: US3399937A; GB1186425A

Description

DR.-INQ. DIPL-INQ. G. RIpBLINQ

PATENTANWALT

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, ■ ■ . · 899 Lindau (Bodensee)

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5. April 1967

THE FAFNIR BEARING COMPANY 37 Booth Street, New Britain, Connecticut / USA

Kugelkäfig und Verfahren seiner Herstellung

Diese Erfindung betrifft einen Käfig für ein Kugellager und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Bei der Herstellung herkömmlicher Kugelkäfigringe stößt man hinsichtlich des Betrages der Kugelfreiheit oder -verschiebung sowie der Erreichung einer gewünschten Größe dieses Betrages mit Kugelhaltemitteln auf dem Käfig auf beträchtliche Schwierigkeiten. Außerdem sind diese Merkmale bei Kugelkäfigen geringer Größe mit Hilfe herkömmlicher Ringkonstruktionen äußerst schwierig und deshalb

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teuer in der Herstellung und wenn sie hergestellt werden, wird weder der gewünschte Grad der Gleichmäßigkeit noch der gewünschte Grad der Kugelfreiheit oder -verschiebung erreicht.

Demgemäß ist es eine Aufgabe dieser Erfindung einen verbesserten Kugelkäfig bereit zu stellen, welcher einen bedeutend größeren Betrag der Kugelfreiheit oder -verschiebung für die Kugel vorsieht und die Kugeln noch am freien Herausfallen aus dem Käfig zurückhält.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist es eine Kugelkäfigring-Konstruktion zu schaffen, welche das Einbringen wesentlich verbesserter Kugelverschiebung oder -freiheit in Kugelkäfige von sowohl großer als auch kleiner Abmessung erleichtern wird.

Eines der Merkmale dieser Erfindung ist die Schaffung einer Kugelkäfigring-Konstruktion, welche ein großes Spiel zwischen der Kugel und der Halterung ermöglicht und welche eine bedeutende Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Haltemitteln zum Halten der Kugeln in dem Kugelkäfig darstellt.

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All diese Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art ihrer Erreichung wird besser ersichtlich und die Erfindung selbst wird am besten verstanden durch Hinweis auf die folgende Beschreibung, einer Ausführusagsform der Erfindung zusammen mit der begleitenden Zeichnung, worin:

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Figur 1 eine Schnittansicht durch ein Kugellager ist, die eine Aüsführungsform eines Kugelkäfigs gemäß der Erfindung zeigt;

Figur 2 eine unvollständige Abwicklung eines Teiles eines Kugelkäfigs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist, von der Außenseite des Kugelkäfigs aus gesehen;

Figur 3 eine Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Teiles eines Kugelkäfigs ist;

Figur 4 eine unvollständige Abwicklung eines Teiles des Kugelkäfigs von Fig. 2 ist, von der Innenseite des Kugelkäfigs aus gesehen;

Figur 5 eine Schnittansicht eines Teiles des Kugelkäfigs ähnlich der Fig. 3 ist, jedoch längs der Linie 5 - 5 der Fig. 4;

Figur 6 eine Schnittansicht des Kugelkäfigs längs der Linie 6-6 der Fig. 5 ist;

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die Figuren 7 A und 7 B längs-bzw. Querschnittsansichten des Kugelkäfigringes von Fig. 2 vor dessen Bearbeitung zeigen;

die Figuren 8 A und 8 B längs- bzw. Querschnittsansichten zeigen/ ähnlich jenen der Fig. 7A und 7B, jedoch nach der Bearbeitung des Kugelkäfig -ringe s>

die Figuren 9 A und 9 B Längs- bzw. Querschnittsansichten zeigen, nach einer Verformungsbearbeitung mit Übereinstimmung der Erfindung; -

Figur 10 eine Kugelkäfig-Konstruktion gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Kurz erläutert wird in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ein verbesserter Kugelkäfig und ein Verfahren zur Herstellung desselben vorgesehen, worin ein kreisförmiger Ring mit einer Anzahl von am Umfang in Zwischenräumen zueinander angeordneten Löchern oder Halterungen zur Aufnahme der Kugeln versehen ist. Zwischen den Halterungen sind sich im allgemein radial nach innen erstreckende Mittel, solche wie Finger, vorgesehen, welche geeigneteuSitze zur Aufnahme der Kugeln in die Halterungen aufweisen. Diese Finger werden in einem solchen, Material und in solchen Dimensionen ausgeführt, um zur Ermöglichung der seitlichen elastischen Verformung derselben ge-

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nügend widerstandsfähig zu sein und den Kugeln zu erlauben, durch radial nach außen gerichtetes Drücken in die Halterungen eingesetzt zu werden. Durch das Aufbringen ausreichender Kraft speizen die Kugeln die Finger genügend, um in die Halterungen zu " schnappen. Durch Rückkehr der Finger in ihre unbelasteten oder normalen Stellungen werden die Kugeln darin gegen Herausfallen aus den Halterungen radial nach innen gehalten.

Vom radialen Herausfallen aus dem Kugelkäfig nach außen werden die Kugeln durch mit jeder Kugelhalterung verbundene Haltemittel zurückgehalten. In dem fertigen Kugelkäfig nehmen solche Haltemittel vorzugsweise die Form von Kugelhalteflanschen auf gegenüberliegenden Seiten des Käfigringes an, welche sich von dem Hauptkörper "des Ringes radial nach außen erstrecken und mit Teilen versehen sind, welche eine Punktberührung mit den Kugeln vorsehen.

Der Kugelkäfig enthält in seiner unbearbeiteten oder ursprünglichen Form vorzugsweise Kugelhalterungen, welche etwas kleiner sind als die Durchmesser der Kugeln die darin aufgenommen werden. Diese Halterungen werden dann mit Hilfe

eines geeigneten Werkzeuges, wie z.B. einen Kugelfräser, vergrößert. Dieses Werkzeug bildet auch im allgemeinen sphärische Sitze auf den nach innen gerichteten Fingern zwischen den Halterungen, so daß die Kugeln radial nach innen darauf zu liegen kommen. Der Kugelkäfig enthält in seiner unbearbeiteten oder ursprünglichen Form auch ein Paar von in Zwischenräumen zueinander angeordneten ringförmigen flanschähnlichen Vor Sprüngen, welche von dem Körper des Kugelkäfigs im allgemeinen radial nach außen vorstehen. Diese flanschähnlichen Vor Sprünge werden dann bearbeitet, um schmale im allgemeinen radial nach außen vorstehende Flansche zu bilden, welche dann radial nach innen gepresst werden. Dieser letztere Arbeitsvorgang geschieht durch Kaltverformung, wodurch die Flansch- ,.. kanten einander gegenüber zu liegen kommen. Diese Kanten sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln'und bilden in einer Ausführungsform das äußere Kugelhaltemittel. In einer anderen Ausführungsform kann dieses Mittel die Form von FlanschvorSprüngen annehmen, welche in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der kleiner ist als die Durchmesser der Kugeln und die Flansche können einzelne Teile enthalten; welche auf den Ring montiert sind, um dadurch den Kugelkäfig zu bilden.

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In der Zeichnung veranschaulicht Pig. lein vollständiges Kugellager, welches einen inneren Ring 10 und einen äußeren Ring mit einer Anzahl von Kugeln 14 dazwischen enthält. Die Kugeln werden in einem Kugelkäfig 16 gehalten, welcher eine Anzahl von speziellen Formen in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung annehmen kann. In einer besonderen, in Fig; 1, gezeigten Ausführungsform enthält der innere Ring 10 zwei Hälften, die in einer im Fachgebiet bewanderten wohl bekannten Art zusammengehalten werden. Die Fig. 2-6 zeigen verschiedene Ansichten des Kugelkäfigs 16 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführus'ngsform der E findung. Der gezeigte Kugelkäfig oder -ring 16 kann aus einer Anzahl von geeigneten Materialien hergestellt werden, wie z.B. Bronze oder Stahl und weist eine kreisförmige Gestalt auf. Dieser Kugel-, käfig 16 ist mit am Umfang gleichmäßig verteilten im allgemeinen radialen Kugelhalterungen 18 versehen, die zur Aufnahme der Kugeln 14 in dem Ringkörper 20 gebildet werden.

An den Kanten oder Seiten des Kugelkäfigs 16 sind ringförmige Flansche 22 A vorgesehen, die Kanten 22 B aufweisen, welche in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der etwas kleiner ist als die Kugeln 14, die in den Halterungen 18 aufgenommen werden* Diese Flansche 22 A erstrecken sich von dem Ringkörper

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des Kugelkäfigs radial nach außen. Der Kugelkäfig 16 enthält ferner radial nach innen gerichtete Finger„24 A, 24 B, 24 C und 24 D, welche zwischen benachbarten Halterungen 18 angebracht sind, siehe besonders die Fig. 3, 4, 5 und 6. Wie am besten aus diesen Figuren zu ersehen ist, sind vier Finger, solche wie 24 A bis 24 D mit jeder Halterung 18 verbunden und jedes Paar von benachbarten Fingern , solche wie 24 A-24 B und 24 C- 24 D wird durch einen Zwischenraum 26 voneinander getrennt, wie aus der Fig. 6 und den anderen Figuren zu ersehen ist. .

Die oben beschriebene Ausführungsform des Kugelkäfigs gemäß der Erfindung kann in der nun in Verbindung mit den Fig. 7 zu beschreibenden Weise hergestellt werden. Die in den Fig. 7 A und 7 B gezeigte Form des Kugelkäfigringes 16 enthält als ursprüngliches Gußteil den Ringkörper 20 mit grob geformten zylindrischen Löchern oder Öffnungen darin und mit Metallteilen 23, die sich von dem Ringkörper radial nach innen erstrecken. In seiner unbearbeiteten Gußform enthält der Kugel käfigring 16 ferner vorzugsweise ein Paar von ringförmigen flanschähnlichen Vor Sprüngen 22 an den Seiten des Ringkörpers 20, welche sich radial nach außen erstrecken.

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Der grob geformte Kugelring16 wird dann maschinell auf die in den Fig. 8 A und 8 B gezeigte Form gebracht. Dies wird erreicht, indem zuerst ein Zwischenraum 26 in den Metallteilen 23 gebildet wird, um die sich nach innen erstreckenden Fingerpaare z«B. 24 A - 24 B herzustellen, wie in Fig. 8 B gezeigt wird. Die in den Fig. 7 A und 7 B gezeigten grob geformten Ku gelhalte rangen werden dann durch geeignete Bearbeitung auf im allgemeinen zylindrische Gestalten von genauer Größe gebracht, um die Kugeln 14 darin aufzunehmen. Eine solche Bearbeitung wird mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges durchgeführt, ein solches wie z.B. ein Kugelfräser. Wenn das Werkzeug axial in die Halterung 28 bewegt wird, werden auf den sich nach innen erstreckenden Fingern 24 A, 24 B, 24 G und 24 D im allgemeinen sphärisch gestaltete Flächen 28A, 28B, 28 C bzw. 28 D gebildet, wie aus den Fig. 3 - 6 , 8A und 8 B zu ersehen ist. Diese sphärisch gestalteten Flächen 28A bis 28 D bilden im allgemeinen sphärische Sitze für die Kugel 14, um diese am radialen Herausfallen aus dem Kugelkäfig 16 nach innen zu hindern.

Die ringförmigen flanschähnlichen Vorsprünge 22 der Fig. 7 A und 7 B werden dann maschinell bearbeitet, um die Flansche 22 A

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zu bilden. Dies geschieht auf eine Weise, daß sich die Flansche 22 A unter einem Winkel erstrecken, der zwischen der Achse und dem Radius des Kugelkäfigs 16 liegt, wie am besten aus der Fig. 8 B zu ersehen ist.

Nachdem diese Flansche 22 A in der beschriebenen Weise hergestellt worden sind, wird ein Form- oder Rollverfahren durchgeführt, wobei die Flansche durch eine Kaltverformungsbearbeitung nach innen auf die Mitte des Kugelkäfigs zu gebogen werden. Dies wird durch ein geeigentes Metallverformungswerkzeug erreicht, ein solches wie z.B. eine Rolle 30, welche um ihre Achse 32 gedreht wird, wie in Fig. B zu sehen ist. Während dieses Vorganges wird der Kugelkäfig 16 auch gedreht, wie dem Fachkundigen einleuchten wird. Während dieses Arbeitsganges wird die Rolle 30 natürlich gegen die Achse des Kugelkäfigs 16 gedruckt, so daß der Flansch nach innen defomiert wird. Wenn dieser Flanschroll vor gang vollendet ist, werden sich die Flansche 22 A in den in den Fig. 9 A und 9 B gezeigten Stellungen befinden. Aus der Fig. 9 B ist zu ersehen, daß die Kanten 22 B der Flansche 22 A aneinander gegenüberliegen und es ist ferner ersichtlich, daß diese Kanten in einem Abstand voneinander angeordnet sind, welcher etwas kleiner ist als die Durchmesser der Kugeln, die in den Halterungen 18

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aufgenommen werden. Demzufolge bilden diese Flansche äußere" Kügelhaltemittel, infolge der Punktberührung zwischen den Stellen 22 G auf den Flanschen 22 A und der Oberfläche der Kugeln, wie besonders aus den Fig. 6 und 9 B klar wird. Es ist auch zu ersehen, daß die Deckflächender Flansche 22 A in der gleichen Richtung verlaufen; wie die Fig. 8 B gezeigten Oberflächen 21, iim eine im allgemeinen zusammenhängende Fläche 25 zu erzeugen, wie sie in der Fig. 9 B zu sehen ist, welche dazu verwendet wird, den Kugelkäfig 16 dicht an der inneren Fläche des äußeren Lagerringes laufer u lassen, mit welchem er verwendet wird. .

In Fig. 6 wird eine der Kugeln 14 in zwei verschiedenen Stellungen dargestellt. Die durch die ausgezogene Linie 14 A angezeigte Stellung ist die Normalstellung der Kugel, wenn der Kugelkäfig 16 in dem Lager angebracht ist. Die durch die gestrichelte Linie 14 B dargestellte obere Stellung zeigt die Kugel, wenn sie mittels der Stellen 22 C auf den Kanten 22 B der gegenüberliegenden Flansche 22 A durch Punktberührung mit der Kugeloberfläche in ihrer äußeren radialen Stellung gehalten wird. In Fig. 5 veranschaulicht die gestrichelte Linie 14 C die Kugel in ihrer untersten Stellung, wo sie vom radialen Herausfallen aus

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dem Kugelkäfig 16 nach innen mit Hilfe des durch die vier '

im allgemeinen bogenförmigen Flächen 28 A bis 28 D auf den sich nach innen erstreckenden Fingern 24 A bis 24 D vorgesehenen Sitzes gehalten wird. \

Die Kugel 14 wird in den Kugelkäfig eingesetzt, indem die selbe radial nach außen in die sphärischen Flächen 28 A bis 28 D auf den Fingern 24 A bis 24 D gedrückt wird, bis sie in die Halterung 18 schnappt. Zu diesem Zweck sind die Finger 24 A bis 24 D in einem Längen-Dickenverhältnis ausgebildet, das genügend Elastizität vorsieht, um der Kugel zu erlauben die Finger weit genug seitlich zu spreizen und die Kugel in ihre Halterung einzuführen, ohne die elastische Grenze der Finger zu überschreiten. So bald die Kugel in ihre Halterung kommt kehren die Finger natürlich in ihre normalen Stellungen zurück um die Kugel vom radialen Herausfallen aus ihrer Halterung nach innen zurückzuhalten.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, worin ein Kugelkäfig 16* _aus einem Ringkörper 20* und Flanschteilen 32 A gebildet wird. Diese Flanschteile 32 A werden einzeln und getrennt von dem Ringkörper 20' hergestellt und durch geeignete Mittel daran befestigt, wie z.B. dur eh Punkt -

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schweißungen 33. Die Flansche 32 A sind mit inneren Kanten versehen, welche in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der.größer ist als der Durchmesser der-Kugeln 14* und demgemäß nimmt das Kugelhaltemittel auf diesen Flanschen die Form von gegenüberliegenden FlanschvorSprüngen 36 mit inneren Kanten an, welche in einem etwas geringeren Abstand angeordnet sind als der Durchmesser der Kugeln,

Es wird besonders durch Sachkundige erkannt werden, daß diese Erfindung eine verbesserte Kugelkäfig-Konstruktion schafft, wodurch eine beträchtlich größere Kugelfreiheit oder -verschiebung erreicht wird. Außerdem ermöglicht diese Erfindung dieses Merkmal in sehr kleinen Kugelkäfigen vorzusehen, wo herkömmliche Kugelkäfig-Konstruktionen keine genügende Kugel freiheit schaffen können. Außerdem ist es infolge der hierin vorgesehenen Kugelkäfig-Konstruktion und auch mit Hilfe des hierin beschriebenen verbesserten Herstellungsverfahrens nun wirtschaftlicher Kugelkäfige herzustellen, die eine verhältnismäßig große Kugelverschiebung und ein verhältnismäßig großes Spiel zwischen Kugel und Halterung^ erfordern.

Obwohl die vorhergehende Beschreibung die Prinzipien der Erfindung in Verbindung mit einer speziellen Ausfühpungsart

veröffentlicht, versteht es sich, daß die Beschreibung nur als Beispiel dient und nicht als eine Begrenzung des Bereiches der Erfindung, wie er in deren Aufgaben und in den begleitenden Ansprüchen veröffentlicht wird.

Patentansprüche

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Claims

. Patentansprüche ~

1. Ein ICäfig für ein Kugellager, dadurch gekenn.-z e i c h,n e t , daß ein Ring (16) eine Anzahl von im allgemeinen radialen Löche_rn (ie) zur Aufnahme von Kugeln (14) aufweist, der Ring mit Mitteln (24 A - 24 D) versehen ist, die sich zwischen benachbarten Löchern nach innen erstrecken und die Löcher,an den radial inneren Seiten umgeben jedes der Mittel bogenförmig und im allgemeinen gegenüberliegende Flächen '⁹S A - 28 D) aufweist, welche die Löcher an den radial inneren JJnden verengen, um an die Kugeln anzugreifen und diese vom radialen Fallen durch die Löcher nachtnnen zu hindern, der Ring an der Außenseite mit Kugelbegrenzungsmitteln (22 A, 36) versehen ist, die sieh im allgemeinen radial im wesentlichen über den äußeren Umfang des Ringes erstrecken, das letztere Haltemittel von im wesentlichen geringerer Weite als die Durchmesser der Kugeln ist und das Haltemittel ferner im wesentlichen Punkt- ' berührung mit der Oberfläche der Kugeln aufweist, wodurch das äußere Ku gelhalte mittel gebildet wird.

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2. Käfig für ein Kugellager, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Ring (16) mit einer Anzahl von im allgemeinen radialen Löchern (18) zur Aufnahme von Kugeln (14) versehen ist, der Ring wenigstens einen im allgemeinen verminderten nach innen gerichteten Finger (24 A bis 24 D) zwischen benachbarten Löchern aufweist, der die Löcher an den radial inneren Seiten einfaßt, jeder der Finger mit bogenförmigen gegenüberliegenden Flächen (28 A - 28 D) versehen ist, die die Löcher an den radial inneren Enden verengen und an die Kugeln angreifen, um diese am radialen Fallen nach innen durch die Löcher zu hindern, der Ring ferner an seinen Seiten mit ringförmigen Flanschen (22 A) versehen ist, welche sich radial nach außen über den Körper des Ringes erstrecken, die Flansche in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln und die Flansche Teile aufweisen, welche im wesentlichen durch Punktberührung mit den Oberflächen der Kugeln äußere Haltemittel bilden, wodurch die Kugeln vom radialen Herausfallen aus dem Kugelkäfig zurück gehalten werden.

3. Kugelkäfig nach Anspruch 2, dadurch gekennze ich net, daß die äußeren Kugelhaltemittel die inneren gegenüberliegenden Kanten (22 B) der Flansche (22 A) enthalten.

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4. Kugelkäfig nach Anspruch 2 , dadurch geke η η ζ e i ch net, daß die Flansche einzelne Flanschteile (32 A) enthalten, die getrennt von dem Ring (16*) hergestellt worden sind und welche daran befestigt werden, um die Kugeln (14^J) darin zu halten.

5. Kugelkäfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Flansche angrenzend an die Löcher Vorsprünge tragen, welche die äußeren Kugelhaltemittel bilden.

6. Verfahren zum Herstellen eines Kugelkäfigringes, gekennzeichnet durch das Formen eines Binges (16) mit einer Anzahl von in Zwischenräumen zueinander angeordneten radialen Löchern {18\ die kleiner sind als die Kugeln , die darin aufgenommen werden und mit sich nach innen erstreckenden Mitteln (23) zwischen benachbarten Löchern das Vergrößern jedes der Löcher mit einem Hockenbetätigten Einstichwerkzeug auf einen Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Kugeln (14) und sich in einem vorherbestimmten Abstand nach innen erstreckt kurz vor die radial innere Grenze des sich nach innen erstreckenden MIttel·, um Kugelhaltesitze darauf zu bilden, wodurch die sich nach innen erstreckenden Mittel im allgemeinen konzentrische, konkave gegenüberliegende Flächen (28 A - 28 D) erhalten, um die Kugeln vom radialen Herauefallen aus dem Kugelkäfig nach innen

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zurückzuhalten, das Formen von Flanschen (22 A) an den Seiten des Ringes, welche sich im allgemeinen nach außen über den Ringkörper (20) hinaus erstrecken und die mechanische Bearbeitung der Flansche radial nach innen, so daß die inneren Kanten (22 B) der Flansche (22 A) im allgemeinen einander gegenüber liegen und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln, wodurch die Flansche zusammenwirken um im wesentlichen Punktberührung mit den Kugeln zu bilden und dieselben vom radialen Herausfallen aus ihrdn Halterungen zurück zu halten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn« zeichnet, daß der mechanische Bearbeitungsvorgang die Kaltverformung der Flansche mit einer rotierenden Rolle (30) enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet« daß die mechanische Bearbeitung einen RoIlvorgang enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bearbeitung einen Biegevorgang enthält.

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