DE2215700A1

DE2215700A1 - Waelzlagerkaefig

Info

Publication number: DE2215700A1
Application number: DE2215700A
Authority: DE
Inventors: William Alexander Angus; Collins Jerry Harlan
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1973-01-11
Also published as: IT956306B; ES401997A1; BR7202613D0; US3733111A; CA987381A; ZA721922B; FR2144245A5; GB1379816A

Description

Wälzlagerkäfig

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Wälzlager und insbesondere auf Wälzlagerkäfige, in denen die Wälselemente des Lagers zwischen den Lagerlaufflächen angeordnet sind.

Bei der Herstellung von Wälzlagern, wie Kugellagern oder Rollenlagern, sitzen die Wälzelemente im allgemeinen in einem Käfig, wobei jeder der beiden Ringe, in denen die inneren und äußeren Lagerlaufbahnen ausgebildet sind, konzentrisch zum Käfig befestigt sind. Die Baugruppe, bestehend aus dem inneren Ring oder dem äußeren Ring oder beiden, sowie dem Käfig und den Wälzelementen, wird dann entweder auf Lager gelegt oder für einen endgültigen Ein- oder Zusammenbau versandt.

In jedem Fall sind im allgemeinen Einrichtungen erforderlich, um die Wälzelemente nach der Herstellung im Käfig zu halten und zwar bis der Zusammenbau des gesamten Wälzlagers beendet ist. Verschiedene Einrichtungen wurden vorgeschlagen, um die Wälzelemente im Käfig während dieser Zwischenzeit zu halten. Ganz allgemein umfassen diese Einrichtungen einen inneren oder äußeren Ring, der mit Vorsprüngen zusammenarbeitet, die sich von einem verrippten Abschnitt des Käfigs aus erstrecken und die über die verschiedenen Wälzlagerelemente umgebogen wurden, nachdem diese in den Käfig eingesetzt sind. Die bisher bekann-

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ten Wälzlagerelementhalterungen sind im allgemeinen annehmbar, jedoch gibt es Fälle, in denen diese Käfigkonstruktionen und Halterungen nicht zufriedenstellend sind. Es gibt Fälle, wie beispielsweise in Steuergetrieben mit Schneckenrad, bei denen die inneren und äußeren Lagerlaufbahnen der Wälzelemente aus Oberflächen bestehen, die direkt an Bauteilen der Vorrichtungen ausgebildet sind, in denen die Lager montiert werden sollen. In diesen Fällen muß die hergestellte und dem Benutzer zugestellte Baugruppe lediglich einen Käfig und die darin montierten Wälzelemente enthalten. Weder ein innerer noch ein äußerer Lagerring ist bei derartigen Anordnungen erforderlich, obwohl einer oder der andere dieser Ringe notwendig sein kann, um die Wälzelemente im Käfig bis zum fertigen Einbau zu halten.

Ferner stellen Käfige von Wälzlagern einen wesentlichen Kostenfaktor bei der Herstellung des Gesamtlagers dar. Eine Verringerung der Herstellungskosten von Käfigen hat eine ganz erhebliche Einwirkung auf die Verminderung der Herstellungskosten des gesamten Lagers.

Gemäß der Erfindung können die Wälzelemente eines Wälz- oder Antifriktionslagers leicht in den Lagerkäfig, eingesetzt und in diesem gehalten werden, ohne daß es erforderlich ist, zur Halterung einen inneren oder äußeren Ring zu verwenden. Die Kosten, die bei der Herstellung des Käfigs'entstehen, sind ferner unter diejenigen herabgesetzt, die den bei der Fertigung bisheriger Käfige entstehenden Kosten entsprechen.

Gemäß der Erfindung besteht der Käfig aus einem einstückigen, im Spritzgußverfahren hergestellten Kunststoffkäfigring. Es sind zwar bereits Kunststoffkäfige aus den US-Patentschriften 2 550 911 und 2 550 912 bekannt. Erfindungsgemäß ist jedoch eine neue Konfiguration des Käfigs vorgesehen, durch die nicht nur Selbsthalterungen für die Wälzlagerelemente geschaffen werden, sondern auch andere Vorteile beim Zusammenbau, insbesondere für die Fälle, in denen die inneren und äußeren Lager-

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laufbahnen an Oberflächen von Bauteilen der Vorrichtung ausgebildet sind, in der das Lager montiert.wird.

Im Hinblick auf die vorhergehenden Ausführungen sind als Ziel der Erfindung zu nennen die Herabsetzung der Herstellungskosten eines Lagerkäfigs, die Vereinfachung der Konstruktion von Halterungen zum Halten der Wälzlagerelemente im Käfig, die Schaffung eines Wälzlagerkäfigs mit Wälzelementhalterungen, wobei die Wälzelemente schnell und leicht in den Käfig eingesetzt und in diesem gehalten werden können und die Schaffung einer verhältnismäßig billigen und leicht herzustellenden aus Lagerkäfig und Wälzelementen bestehende Baugruppe.

Die Erfindung kann dahingehend zusammengefaßt werden, daß sie einen Kunststofflagerkäfig betrifft, der einen Käfigring aufweist, in.dem eine Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten und alternierend angeordneten Schlitzen und Rippen angeordnet ist. Die Rippen sind aus einem freien Zustand in einen gespannten Zustand hinein deformierbar. Wenn die Wälzlagerelemente in den Käfigring eingesetzt werden, werden die Rippen auseinandergespreizt, um ein Einsetzen der Elemente in die Schlitze zu ermöglichen. Nachdem die Wälzlagerelemente in diese Schlitze hineingedrückt sind, nehmen die Rippen wieder ihren freien Zustand an und dies führt dazu, daß die Wälzlagerelemente innerhalb der Schlitze gehalten werden.

Die Erfindung ist in zahlreichen Fällen anwendbar und insbesondere in solchen Fällen, in denen es schwierig oder unnötigerweise teuer ist, eine Lagerbaugruppe mit innerem oder äußerem Ring zu verwenden, wobei dieser Ring normalerweise dazu benutzt wird, die Wälzlagerelemente innerhalb des Käfigs während der Lagerhalterung, des Transportes und des Zusammenbaus des Lagers zu halten.

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Der erfindungsgemäße Lagerkäfig ist insbesondere vorteilhaft, wenn dieser zusammen mit Rollenlagerelementen verwendet wird und dieser Käfig kann erfindungsgemäß als eine Halterung für konische Rollenlagerelemente verwendet werden.

Weitere andere Merkmale, Vorteile und zusätzliche Ziele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines

Schneckenradgetriebes mit einem Wälzlager nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Lagerkäfigs mit konischen Rollen, die in diesem Käfig montiert sind,

Fig. 3 und 4 Schnittansichten, genommen längs der Linien

III-III und IV-IV der Fig. 2

und Fig. 5. und 6 Schnittansichten, genommen längs der Linien V-V und VI-VI der Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein manuell betätigbares Steuergetriebe mit Schneckenrad 10. Dieses Schneckenrad 10 weist zwei Wälzlager 11 und 12 auf, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind. Diese Lager 11 und 12 werden insbesondere in Steuergetrieben 10 verwendet und wegen der verhältnismäßig geringen Betriebsdrehzahl und wegen der Schub- und Radiallasten, die auf das Lager ausgeübt werden.

Das Steuergetriebe 10 weist ein Gehäuse 13 auf, welches an einem Ende mittels eines Deckels 14 verschlossen ist, der am Gehäuse 13 mittels Muttern 16 und Beilagscheiben 17 befestigt ist.

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In den Lagern 11 und 12 ist drehbar eine Schnecke Ϊ8 gelagert, die einen Teil einer Eingangswelle 19 bildet, der sich in das Gehäuse 13 hinein erstreckt. Die Welle 19 weist einen Kupplungsabschnitt 20 am äußeren Ende auf, mit dem das Lenkgetriebe 10 in das Steuersystem eines lenkbaren Fahrzeuges eingebaut wird. Das Gehäuse 13 weist einen verbreiterten Abschnitt auf, in dem eine Gehäuseaussparung 21 ausgebildet ist. In dieser Aussparung ist ein Zahnsegment 22 gelagert. Eine andere' Deckplatte 23 ist am Gehäuse 13 mit entsprechenden Befestigungseinrichtungen befestigt. Das Zahnsegment 22 weist eine Querwelle 24 auf, die im Abstand voneinander angeordnete Ansätze 26 und 27 hat. Diese Ansätze 26 und 27 erstrecken sich parallel zueinander und erstrecken sich nach oben. Ein Zapfen 28 erstreckt sich durch Bohrungen 29 und 30 in diesen Ansätzen 26 und 27· Diese Bohrungen sind an den Enden eingelenkt und nehmen Verbreiterungen auf, die an den Enden des Zapfens 28 ausgebildet sind, wodurch der Zapfen an der Querwelle 24 gehalten wird. Ein Nadellager 31 dient dazu, eine Zahnwalze 32 am Zapfen 28 zu halten. Diese Zahnwalze 28 weist eine Anzahl von Zähnen in der Umfangsoberflache auf, welche mit Zahnabschnitten der Schnecke 18 kämmen.

Während des Betriebes des Lenkgetriebes 10 bewirkt eine Drehung der Welle 20 eine Drehung der Schnecke 18 um die Drehachse der Welle 20 und hierdurch wird wiederum die Querwelle 24 um ihre Drehachse gedreht.

Die Gesamtlast, die auf die Schnecke 18 übertragen wird, umfaßt im allgemeinen sowohl eine Schublast als auch eine Radiallast. Es handelt sich hierbei um die Lasten, die auf die Lager 11 und 12 übertragen werden.

Da die Lager 11 und 12 einander gleich sind, soll lediglich das Lager 12 im einzelnen beschrieben werden.

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Es sei nunmehr auf die Fig. 2 bis 6 Bezug genommen. Die Lagerbaugruppe 12 weist einen Lagerkäfig 33 auf. Dieser Lagerkäfig hat einen Käfigring 3¹J und es ist eine Anzahl ■ von Rollen 35 vorgesehen, die von dem Käfigring 3^ getragen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wälzelemente 35 konische Rollen und ein Ende 36 einer jeden Rolle ist kleiner als das gegenüberliegende Ende 37·

Der Käfigring 3¹* ist in ähnlicher Weise im allgemeinen kegelst umpfförmig ausgebildet und weist eine Wandung 37 auf, deren innere und äußere Oberflächen 38 und 39 Rotationsoberflächen sind. Gegenüberliegende Enden kO und Hl der Wandung 37 erstrecken sich bezüglich der Achse des Käfigringes 3¹· radial.

In dieser Wandung 37 sind in Umfangsrichtung im Abstand voneinander alternierend Schlitze k2 und Rippen ¹J3 angeordnet. Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen. Jeder Schlitz ist am axialen Ende des Schlitzes von Anlageflächen M und 46 begrenzt, die sich radial zur Endwandung 36 und 37 der Rollenelemente erstrecken und die diese Rollenelemente gegen eine axiale Bewegung festhalten.

Im zusammengebauten Zustand schneiden die Achsen der Rollen 35 die Achse des Käfigringes 34. Der Käfigring 3'» hält die Rollen 35 im zusammengebauten Zustand, bis die Käfigbaugruppe 33 im Gehäuse 13 der Vorrichtung. 10 montiert ist oder in einer anderen entsprechenden Einrichtung montiert ist.

Es sei bemerkt, daß die Lagerbaugruppen 11 und 12 keine inneren oder äußeren Ringe aufweisen, die allgemein bei derartig Lagern vorgesehen sind. Es sind vielmehr innere Lagerlaufflächen '17 und J|8 an den Enden der Schnecke l8 ausgebildet und äußere Lagerlaufflächen '19 an Bauteilen 51 und 52 den Lenl:r-triebes 10. Da die Lagerbaugruppen 33 keinen inneren oder· äußeren Laufring aufweisen, um die Rollen yj, innerhalb

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des Käfigringes 34 zu halten, ist es sehr erwünscht, daß andere Halterungsmittel für diesen Zweck vorgesehen sind.

Es sei wieder auf die Fig. 2 bis 6 Bezug genommen. Der Käfigring 3Ί besteht aus einem elastischen Kunststoff material, vorzugsweise aus Nylon. Ferner ist der Ring 3** einstückig und wird vorzugsweise nach, einem Spritzgußverfahren hergestellt. Dieses spezielle Herstellungsverfahren führt zu einer wirtschaftlichen Herstellung des Ringes 3¹J und die elastomeren Eigenschaften des Nylons sind insbesondere während des Zusammenbaus und der Halterung der Rollenelemente 35 vorteilhaft.

Jede der Rippen weist zwei radial sich erstreckende Seitenwandungen Ms und 50 auf, die an'den radial inneren Enden durch eine halbkreisförmige Wandung 51 miteinander verbunden sind. Das radial äußere Ende einer jeden der Rippen *J3 ist verbreitert und weist zwei gegenseitig geneigte Wandungen 52 und 53 auf, die mit den Seitenwandungen 49 und 50 durch Übergangsabschnitte 54 und 56 verbunden sind. Die gegenüberliegenden Wandungen 52 und 53 von benachbarten Rippen 43 erstrecken sich nicht längs Schnittlinien sondern erstrecken sich parallel zueinander.

Es sei bemerkt, daß der Durchmesser des größten Endes 37 einer jeden Rolle 35 größer ist als der Abstand zwischen den aufeinander zu weisenden Wandungen 52 und 53 von benachbarten Rippen 43·

Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, erstrecken sich die Rippen 43 im allgemeinen radial bezüglich der Achse des Käfigringes 3*1. Die radial inneren Enden der Rippen 43, d. h. die Enden in der Nähe der Wandung 51 sind in einem Umfangsabstand voneinander angeordnet, der kleiner ist als der Abstand zwischen den radial äußeren Enden der Rippen 43. Wie Fig. 6 zeigt, ist der Durchmesser einer jeden Rolle 35 am kleineren Ende 46 größer

als der Umfangsabschnitt zwischen den einander gegenüberliegenden Wandungen 50 und 49 von benachbarten Rippen 43.

Es ist zu erkennen, daß die Rollen 35 nicht nur gegen eine axiale Bewegung in den Schlitzen 42 festgehalten sind, sondern auch gegen eine radiale Bewegung festgehalten sind, da an beiden Enden 36 und 37 der Durchmesser einer jeden Rolle 35 größer ist als der Umfangsabschnitt zwischen entsprechenden 'Stellen längs der radialen Erstreckung der Rippen 43.

Wegen der Elastizität und Flexibilität der Rippen 43 können ^: die Rollen 35 in die Schlitze 42 dadurch eingesetzt werden, daß diese Rollen 35 lediglich gegen die Seitenwandungen der Rippen 43 gepreßt werden. Nachdem die Rollen 35 in die Schlitze

42 eingesetzt sind, dient die Halterungswirkung der Wandungen der Rippen 43 dazu, die Rollen 35 innerhalb der Schlitze 42 zu halten.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sowohl die radial inneren als auch die radial äußeren Wandungsabschnitte der aufeinander zu weisenden Oberflächen von benachbarten Rippen

43 in Umfangsrichtung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der geringer ist als der Abstand der Rollen 35 an irgendeiner Stelle längs der axialen Erstreckung der Rollen Der mittlere Abschnitt der aufeinander zu weisenden Seitenwandungen der Rippen 43 ist jedoch in Umfangsrichtung in einem Abstand angeordnet, der größer ist als der Durchmesser der Rollen 35 an einer entsprechenden axialen Stelle, und dies ermöglicht eine begrenzte radiale Bewegung der Rollen 35 innerhalb der Schlitze 42.

Am äußeren oder verbreiterten Ende des Käfigringes 34 ist ein nach außen sich erstreckender Flansch 57 vorgesehen, der dazu dient, den Käfig 33 in der Vorrichtung 10 axial anzuordnen oder zu halten, wobei dieser Flansch gegen eine radiale Wan-

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dung 58 anliegt, die in den Bauteilen 51 oder 52 ausgebildet ist.

Den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, daß der verbesserte Käfig zu einer wirtschaftlichen Herstellung und zu einem wirtschaftlichen Zusammenbau führt, wobei die Vorratshaltung und der Transport und der endgültige Einbau ebenfalls in wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden können. Der Käfigring 3^ ist nicht nur ein einteiliges Kunststoffspritzgußstück sondern durch den Aufbau und die Anordnung dieses Ringes xverden Halterungsmittel für die Rollen geschaffen, ohne daß es erforderlich ist, einen inneren Ring oder einen äußeren Ring zu verwenden oder wie bei anderen bekannten Lagern,ohne daß es erforderlich ist, Ansätze, Stege, Zinken o. dgl.umzubiegen, um die Wälzelemente im Käfig zu halten.

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Claims

Patentansprüche

( 1.^Lagerkäfig für konische Lagerrollen, gekennzeichnet durch einen Käfigring, der axial sich erstreckende Rollentragwandungen aufweist, wobei in diesen Wandungen eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand alternativ voneinander angeordnete axial sich erstreckende Schlitze und Rippen vorgesehen sind, die die konischen Rollen aufnehmen und diese im Abstand um den Umfang der Wandungen herum halten, wobei der Rippen zwei im allgemeinen radial sich erstreckende Seitenwandungen aufweist und wobei der Umfangsabstand zwischen den radialen mittleren Abschnitten der einander gegenüberliegenden Seitenwandungen von benachbarten Rippen größer ist als der Abstand zwischen radial im Abstand voneinander angeordneten Abschnitten an gegenüberliegenden Seiten der zentralen Abschnitte.
2. Lagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rollen tragende Wandung im allgemeinen kegelstumpfförmig geformt ist, um diese Rollen auf Achsen zu tragen, die zur Achse des Ringes geneigt sind.

3. Lagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen dieser Rippen derart aufgebaut und angeordnet sind, daß jede einen radial sich erstreckenden Hauptabschnitt aufweist, der zwei geradlinige parallele Seiten hat und einen verbreiterten Abschnitt, der radial außerhalb des Kauptabschnittes angeordnet ist und der zwei geradlinige parallele Seiten hat.

4. Lagerkäfig für konische Rollen, gekennzeichnet durch einen Käfigring, der einen im allgemeinen konischen, axial sich erstreckenden, rollentragenden Körper aufweist, wobei in diesem Körper eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand alternierend voneinander angeordneten, axial sich erstreckenden Schlit-

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zen und Rippen vorgesehen-ist, wobei konische Rollen ,in diesen Schlitzen angeordnet sind und wobei die Achsen dieser Rollen die Achse des Ringes schneiden und wobei die Abstände der Rollen in axialer Richtung der Zunahme des Durchmessers des Ringes ansteigen und wobei diese Rippen aus einem elastischen Material bestehen und derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Rollen in ihren Schlitzen im freien Zustand gehalten werden, wobei diese Rippen deformierbar sind, damit die Rollen in diese Schlitze eingedrückt werden können.

5. Lagerkäfig nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wandungen an den axialen Enden eines jeden Schlitzes vorgesehen sind, die sich radial zur Achse der entsprechenden Rolle erstrecken, um die Rolle gegen eine axiale Bewegung festzuhalten.

6. Lagerkäfig nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß im allgemeinen radial sich erstreckende Seitenwandungen an den Rippen vorgesehen sind, daß der Umfangsabstand zwischen den radialen mittleren Abschnitten der einander gegenüberliegenden Seitenwandungen von benachbarten Rippen größer ist als der Abstand zwischen radial getrennten Abschnitten zu beiden Seiten dieser mittleren Abschnitte, um die radiale Bewegung der Rollen zu begrenzen und um diese Rollen in den Schlitzen zu halten.

7. Lagerkäfig für konische Lagerrollen, gekennzeichnet durch einen einstückigen, geformten Halterungsring, der aus einem elastischen Kunststoffmaterial besteht und der einen im allgemeinen kegelstumpfförmigen, axial sich erstreckenden Körper hat, der die Rollen trägt, daß die inneren und äußeren Oberflächen dieses Körpers Rotationsoberflächen sind, daß Wandungen in dem Körper eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander alternierend angeordneten axial sich erstreckenden Schlitzen und Rippen bilden, daß eine entsprechende Anzahl von

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konischen Rollen in diesen Schlitzen angeordnet ist, daß die Achsen der Rollen die Achse des Ringes an einer Stelle schneiden, daß die Durchmesser der Rollen in der axialen Richtung der Zunahme des Durchmessers des Käfigringes zunehmen, daß an jeder Rippe zwei im allgemeinen radial sich erstreckende Seitenwandungen vorgesehen sind, daß die Hauptabschnitte dieser Seitenwandungen parallel zueinander verlaufen, daß versetzte Abschnitte dieser Wandungen einen verbreiterten Abschnitt der Rippe bilden, wobei dieser verbreiterte Abschnitt radial außerhalb des Hauptabschnittes angeordnet ist, daß der Umfangsabstand zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenwandungen von-benachbarten Rippen an den verbreiterten Abschnitten kleiner ist als die entsprechenden Durchmesser der Rollen, um diese Rollen in den Schlitzen zu halten, daß ferner der Körper zwei axiale Endwandungen für jeden Schlitz aufweist, die sich quer zur Achse der Rollen erstrecken, um die axiale Bewegung der Rollen zu begrenzen, daß ein radial nach außen sich erstreckender Flansch am Körper vorgesehen ist und zwar am Umfang des breiteren Endes des Käfigringes, um eine Anschlagfläche zum Anlegen gegen eine stationäre Anschlagfläche zu bilden.

8. Lagerkäfig nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeder verbreiterte Abschnitt einer jeden Rippe zwei parallele, radiale Seitenwandungen aufweist.

9. Lagerkäfig nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die radialen inneren Enden der Rippe gekrümmt ausgebildet sind.

10.Lagerkäfig nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Oberflächen der Seitenwandungen zwischen den Schlitzen sich axial in paralleler Richtung erstrecken.

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11. Eine aus Halterungskäfig und Wälzelementen bestehende Baugruppe, gekennzeichnet durch einen einstückigen Kunststoffkäfigring, der einen axial sich erstreckenden Körper aufweist, in dem eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Schlitzen vorgesehen ist, die sich durch diesen Körper hindurch erstrecken, daß eine entsprechende Anzahl von Rollen in diesen Schlitzen angeordnet sind, daß diese Rollenelemente innerhalb der Schlitze durch eine Anzahl von spreizbaren Rippen gehalten wird, die sich radial, zwischen den Schlitzen an in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Stellen befinden und die derart aufgebaut und angeordnet sind, daß die Wälzlagerelemente zwischen diesen Rippen eingesetzt werden können und daß diese Wälzlagerelemente nach dem Einsetzen von diesen Rippen gehalten werden.

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