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Kühiwas 5 erpumpe für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine an ein Brennkraftmaschinengehäuse anbaubare Kühlwasserpumpe, deren Pumpenkammer
durch eine Aussparung im Brennkraftmaschinengehäusei gebildet ist. Bei einer derartigen
Ausbildung weist die Kohle wasserpumpe eine Antriebswelle auf, die an beiden Enden
aus einem Gehäuse tritt, wobei an dem einen Ende ein Pumpenrad befestigt ist, während
das andere Ende einen Flansch zur Befestigung einer Antriebsscheibe aufweist, über
die die Kohle wasserpumpe von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Antriebswelle
ist in dem Gehäuse normalerweise durch abgedichtett reibungsarme Lager abgestützt,
wobei Dichtungen mit radialen
Dichtflächen am pumpenradseitigen
Ende der Antriebswelle vorgesehen sind, um den Zutritt von Leckwasser zu den-Lagern
zu verhindern.
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Die Lager sind trotzdem ungünstigen Betriebsbedingungen ausgesetzt,
da die bekannten Anadnungenkeine einwandfreie Abdichtung gegen den Durchtritt von
Wasser bewirken. In das Schmiermittel eintretendes Wasser verringert jedoch wesentlich
die Lebenszeit der Lager und führt zum fühzeitigen Aufbrauch.
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Die Abschirmung der Lager gegen Wasser ist daher seit langem eine
besondere Aufmerksamkeit erfordernde Angelegenheit. Man hat zur Abhilfe Einbauten
zwischen den Dichtungen und den Lagern vorgesehen, die das Wasser von den Lagern
ableiten sollen, wie-man auch versucht hat, das Problem durch Verwendung mehrerer
Lippenringdichtungen im Bereich der Lager zu lösen.
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Alle diese Versuche haben Jedoch keinen vollen Erfolg gezeitigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlwasserpumpe der
eingangs erwähnten Art so weiter aus zugestalten, dass mit einfachen Mitteln die
Lagerung der Antriebswelle gegen den-Zutritt von Leckwasser besser geschützt ist.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Kennzeichen der Ansprüche angeführten
Merkmale gelost.
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Durch die verbesserte Abdichtung wird die Lebenszeit der Lager beträchtlich
erhöht und ferner im Stillstand
eine selbsttätige Entfernung von
Schmutzund Wasser erleichtert.
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Durch die vorgesehenen mehrmaligen Sperren- inVerbindung mit Ablassmöglichkeiten
für diiirch die Sperren hindurchgetretenes Wasser ist der Zutritt des Wassers zu
der die Lagerung umschliessenden Kammer verhindert, so dass das in dieser befindet
liche Schmiermittel nicht verdorben werden kann, wie dies beispielswelse bei Abdichtung
selbst mittels mehrerer Lippenringdichtungen der Fall ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
In der Zeichnung zeigen Fig. l einen axialen Schnitt durch eine Kohle wasserpumpe
nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig0 3
einen Schnitt durch eine ringförmige Platte in ihrem spannungs freien Zustand vor
dem Einbau.
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Die Kühlwasserpumpe hat ein aus gestanztem Metallblech bestehendes
Gehäuse 10, in dem drehbar eine hohle Antriebswelle 12 gelagert ist. Das Gehäuse
10 hat an der einen Stirnseite einen nach aussen gerichteten Anschlussflansch 14
zum Anschluss des Gehäuses 10 an ein nicht dargestelltes Brennkraftmaschinengehäuse,
so dass ein am rechten Ende der Antriebswelle
12 befestigtes Pumpenrad
16 in einer Pumpenkammer liegt, die in dem Brennkraftmaschinengehäuse gebildet ist
und mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine in Verbindung-steht. Am linken Ende
der Antriebswelle 12 ist ein Bund 18 vorgesehen, mit dem eine nicht dargestellte
Antriebsscheibe verbindbar ist,. die über einen Riemenvon der Brenkraftmaschine
angetrieben wird.
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Die hohle Antriebswelle 12 ist drehbar in zwei axialen Abstand voneinander
aufweisenden Reihen von Kugeln 20 und 22 gelagert, wobei die Kugelreihen in einer
abgedichteten Kammer 24 liegen. Das Gehäuse 10 hat einen zylindrischen Teil 28 kleinen
Durchmessers, an den ch eine Einschnürung' 29 anschliesst, die eine äussere Laufbahn
31 für die eine Kugelreihe 20 bildet und die zur Achse der Antriebswelle geneigt
gerichtet ist. Die Einschnürung 29 geht in einen konischen Teil 30 über, der unter
Zwischenschaltung einer kurzen radialen Wand 34 in einen zylindrischen Teil 32 grösseren
Durchmessers übergeht, an dessen Ende der erwähnte Anschlussflansch 14 abgebogen
ist.
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Eine ringförmige Platte 26 aus gestanztem Metallblech hat eine im
wesentlichen radiale Wand 37, an deren Innenrand ein axialer Flansch 38 und deren
Aussenrand ein in entw gegengesezter Richtung liegender axialer Flansch 40 gebildet
sind. Der äussere Flansch 40 liegt gegen die Innenwand des
Gehäuseteils
32 grösseren Durchmessers an und die radiale Wand sitzt sich an der radialen Wand
34 des Gehäuses ab. Das freie Ende des inneren Flansches 38 ist radial einwärts
abgebogen und bildet eine Laufbahn 39 für die andere Kugelreihe 22.
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Auch diese Laufbahn ist zur Achse der Antriebswelle 12 geneigt.
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Gewünschtenfalls können die Laufbahnen durch abriebfesten Werkstoff
verstärkt werden. Die Kugeln der Kugelreihen 20 und 22 sind durch Käfige voneinander
getrennt, die in axialer Richtung einsetzbar sind.
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Bei eingebauter ringförmiger Platte 36 ist deren radiale Wand'37
etwas federnd verformt in Richtung auf den Gehäuseteil 28 kleineren Durchmessers,
so dass die ringförmige Platte 36 als Feder wirkt, die die äusseren Laufbahnen 31
und 39 der Kugelreihen voneinander fort vorbelastet. Die Kugelreihen 20 und 22 sind
daher durch einander entgegengesetzte Druckkräfte beansprucht, so dass Spiel zwischen
der Antriebswelle 12 und dem Gehäuse 10 ausgedrückt wird. Die Reaktionskräfte werden
von dem radialen Wandteil 34 des Gehäuses 10 aufgenommen, in deren Bereich durch
diese Kräfte eine gute Dichtung bewirkt wird.
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Falls gewünscht, kann die Federrate der ringförmigen Platte 36 eingestellt
werden, beispielsweise durch Schlitzen der radialen Wand 37, wie dies in Fig. 2
dargestellt ist. Die
ringförmige Platte 36 hat dann mehrere radiale
Schlitze 51, die sich zu kreisförmigen Löchern 53 erstrecken, die radialen Abstand
vom inneren Flansch 38 haben. Je nach Grösse und Zahl der Schlitze 51 und der Löcher
53 kann eine gewünschte Federrate der ringförmigen Platte 36 eingestellt werden.
Zweckmässig werden die Schlitze 51 und 53 aus einer ebenen Platte ausgestanzt, die
dann in die napfförmige Form umgeprägt wird. Hierdurch wird das Bilden der Flansche
38 und 40 erleichtert, insbesondere dann, wenn die Schlitze 51 sich durch den äusseren
Flansch 40 bis zum freien Rand erstrecken.
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Wie bereits erwähnt, befinden sich die Kugelreihen 20 und 22 in einer
abgedichteten Kammer 24, die links der radialen Wand 37 der ringförmigen Platte
36 liegt und ein dünnes Rohr 26 enthält, dessen linkes Ende im Durchmesser abgesetzt
gegen die innere Fläche des konischen Gehäuseteils 30 und der Einschnürung 29 mit
Preßsitz anliegt. Das rechte Ende des Rohres 26 liegt gegen die äussere Fläche des
inneren Flansches 38 der ringförmigen Platte: 36 mit Gleitsitz an. Wird die ringförmige
Platte 36 nicht mit Schlitzen und Löchern versehen, um die Federrate einstellen
zu können, also ohne jegliche Durchbrüche ausgebildet, so kann das Rohr 26in Fortfall
kommen, so dass die die Kugelreihen enthaltende Kammer durch den konischen Gehäuseteil
30 begrenzt wird.
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Auf der linken Seite ist eine die Antriebswelle 12 umgebende Lippenringdichtung
aus elastomerem Werkstoff vorgesehen und in gleicher Weise eine Lippenringdichtung
im Bereich der ringförmigen Platte 36. Hierdurch ist die die Kugelreihen enthaltende
Kammer 24 abgedichtet. Diese üblichen Dichtungen können durch Schirme ersetzt werden,
deren Innenränder dicht neben der Umfangsfläche der Antriebswelle liegen, je nachdem
welche Art von Schmiermittel in der Kammer 24 enthalten ist.
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Eine Stirnplatte 44 aus gestanztem Metallblech ist mit einem äusseren
Flansch 46 mit Preßsitz in den Gehäuseteil 32 grosseren Durchmessers eingesetzt
und liegt mit seiner Stirnfläche gegen die Stirnfllche des äusseren Flansches 40
der ringföriiiigen Platte 36 an. Die Stirnplatte 44 hat einen inneren büchsenartigen
Teil 48, der auf die ringförmige Platte 36 gerichtet ist und mit seinem erweiterten
Ende 50 ein mit schrägen Flächen versehenes keramisches Dichtungselement 52 umfasst,
das zwischen konischen Scheiben 54 aus weichem verformbaren Werkstoff, beispielsweise
Kupfer oder Aluminium, liegt.
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Das erweiterte freie Ende 50 übt eine Druckkraft in Umfangsrichtung
aus, durch die die Scheiben 54 zur Herstellung einer guten Abdichtung verformt werden.
Der Hals 56 zwischen dem erweiterten freien Ende 50 und der radialen W8nd 58 der
Stirnplatte
44 dient-einem noch zu erläuternden Zweck.
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Eine Dichtungseinheit 60 besteht aus' einem mit einer Ringnut versehenen
Reibring 62 aus elastomerem Werkstoff, der abgedichtet auf der Antriebswelle 12
sitzt. Ein L-förmiger Halter 64 nimmt einender Ringnutodes Reibringes 62 liegende
Wellenfeder 66 auf. Eine Dichtung 68 aus Kohlenstoff hat eine ringförmige tichtleiste
70und ist in einer HUlse 71 verschieblich, die mit dem Reibring 62 aus elastomerem
Werkstoff verbunden ist. Einpressungen 72 in der Hülse 71 arbeiten mit Vorsprüngen
am Umfang der Kohledichtungzusammen, um eine Relativdrehung zu verhindern. Die Wellenfeder
66 drückt ie ringförmige Dichtleiste 70 gegen das keramische Dichtelement 52, das
von der Stirnplatte 44 getragen ist.
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Die ringförmige Platte 36 und die Stirnplatte 44 bilden zusammen
mit dem Gehäuse 10 eine Kammer 73, in der ein ringtirmiges Prallblech 75 aus gestanztem
Blech vorgesehen ist, das im wesentlichen S-förmige Gestalt hat, wobei axiale Teile
74,76, und 78 gebildet sind. Der innere axiale Teil 74 sitzt mit Preßsitz auf der
Antriebswelle 12, so dass das Prallblech mit der Antriebswelle umläuft. Der mittlere
axiale Teil 76 hat eine innere Umfangsfläche 80, die mit geringem Abstand von einer
äusseren Umfangsfläche 82 der Büchse 78 der Stirnplatte 44 liegt, so dass sich eine
gedrosselte Verbindung ergibt, die den Durchtritt von Wasser erschwert und den Durch-
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tritt von Schmutz und anderen Fremdkörpern verhindert. In gleicher
Weise ist die äussere Umfangsfläche 84 des äusseren axialen Teils 78 in geringem
Abstand von dem äusseren Flansch 40 der ringförmigen Platte 36, so dass sich eine
gedrossElte Verbindung ergibt, die den Durchstrom von Flüssigkeit drosselt und den
Durchtritt von Schmutz und anderen Fremdkörpern verhindert. Wenn es auch aus Abdichtungsgründen
vorteilhaft ist, einen durchgehenden äusseren Flansch 40 zu haben, so kann zur Erleichterung
der Herstellung auch ein durch Schlitze unterbrochener äusseren Flansch 40 vorgesehen
sein, ohne die beabsichtigte Wirkung zu beeinträchtigen. Durch das Prallblech 75
wird die Kammer in drei Abteile 86, 88 und 90 unterteilt. Das Abteil 90 steht mit
dem Gehäuseteil innerhalb des konischen Gehäuseteils 30 über die Schlitze 51 ;nd
die Löcher 53 in Verbindung; jedoch ist die die Kugelreihen umschliessende Kammer
24 durch das Rohr 26 getrennt von dieser Kammer.
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Die Antriebswelle 12 hat mindestens einen radialen Kanal 92, der
sich im Bereich des keramischen Dichtungselements 52 und der Dichtung 68 aus Kohle
befindet, so dass das Abteil 86 unmittelbar mit der axialen Bohrung 94 der Antriebswelle
12 in Verbindung steht. Die axiale Bohrung 94 ist am linken Ende der Antriebswelle
12 offen, Jedoch am anderen in der Pumpenkammer liegenden Ende durch das aus Metallblech
hergestellte
Pumpenrad 16 verschlossen, das mit Preßsitz auf das
rechte Ende der Antriebswelle mit einer napfförmigen Nabe aufgepresst ist. Es besteht
somit ein Auslassweg aus dem Abteil 86 ins Freie. In der Mantelfläche des zylindrischen
Gehäuseteils 32 grösseren Durchmessers und in dem Flansch 46 der Stirnplatte 44
sind miteinander fluchtende Schlitze 96 bzw. 98 vorgesehen, durch die ein Auslass
aus dem Abteil 88 geschaffen ist. Der radiale Teil 99 des Prallblechs 75 zwischen
dessen axialen Teilen 76 und 78 ist zweckmässig kegelstumpfförmig gegen die ringförmige
Platte 36 geneigt ausgebildet, wobei der Aussenrand axial ausgerichtet zu den Schlitzen
96 und 98 liegt.
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Hierdurch wird die Entleerung des Abteils 88 erleichtert.
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Die erfindungsgemässe Abdichtung arbeitet in folgender Weise: Bei
angebauter Kühlwasserpumpe liegt das Pumpenrad 16 in der mit Wassefgefullten Pumpenkammer
im Brennkraftmaschinengehäuse, so dass auf der rechten Stirnseite der Stirnplatte
44 und des ortsfesten keramischen Dichtungselements 52 sich Wasser befindet. Die
Abdichtung des Inneren des Gehäuses 10 gegen Wasser erfolgt zunächst durch die Dichtldste
70 der Dichtung 68 aus Kohle, die gegen das keramische Dichtungselement 92 durch
die Wellenfeder 66 in abdichtender Anlage gehalten ist. Bei normalen Betriebsbedingungei
ist Qs Jedoch praktisch unmöglich, den Durchtritt von Leckwasser durch diese Dichtung
zu
verhindern. Unter dynamischen Bedingungen ist eine geringfügige Leckage sogar zweckmässig,
um die reibenden Flächen zu schmieren Jedoch muss verhindert werden, dass dieses
Leckwasser die Kugelreihen 20 und 22 erreicht. Dies wird in folgender Weise ermöglicht:
Durch die Dichtungen 52 und 68 tretendes Leckwasser gelangt in das Abteil 86 und
kann aus diesem durch die radiale Bohrung 92 und die axiale Bohrung 94 in der Antriebswelle
12 ins Freie abfliessen. Da dieser Abfluss9 weg verhältnismässig grosse Querschnitte
im Verhältnis zu dem Spiel zwischen dem axialen Teil 76 des Prallblechs 75 und der
Büchse 48 der Stirnplatte 44 hat, fliesst das Wasser willig über diesen Weg ab,
da der Ubertritt zum Abteil 88 durch den bedeutend grösseren Strömungswiderstand
weitgehend verhindert wird. Die radiale Bohrung 92 und die axiale Bohrung 94 in
der Antriebswelle 12 stellen weiterhin einenüberlauf dar, der übermässige Mengen
von Leckwasser von den Dichtung flächen ableitet. Sollte etwas Leckwasser in das
Abteil 88 gelangen, so wird es aus diesem durch die zueinander ausgerichteten Schlitze
96 und 98 nach aussen abgeleitet. Dieses Ableiten wird durch die Formgebung des
Prallblechs 75 und der Stirn£platte 44 erleichtert. Wasser, das sich in der oberen
Hälfte des Abteils 88 ansammelt oder längs der oberen Hälfte
der
Büchse 48 fliesst, wird in den Trog 56 gelenkt und damit auf die Schlitze 96 und
98 zur Ableitung gelenkt. Der kegelstumpfförmige Teil 99 des Prallblechs 75- fördert
Wasser in der oberen Hälfte des Abteils 88 in Richtung auf den Trog 56 und Wasser
in der unteren Hälfte in Richtung auf die Schlitze 96 und 98.
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Eine weitere Sperre gegen den Durchstrom von Wasser oder Wasserdampf
in Richtung auf die Lagerung wird durch die drosselnde Verbindung im Bereich des
äusseren axialen Teils 78 des Prallblechs 75 und des Flansches 40 der ringförmigen
Platte 36 bewirkt. Sollte trotzdem Wasser durch diese beiden Sperren gelangen, so
sind die Lager noch durch den inneren Flansch 38 der ringförmigen Platte 36 und
das Rohr 26 gegen den Zutritt gesch-ützt.
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Diese beiden hochwertigen Sperren gestatten das Vorsehen eines weit
grösseren Entwässerungsschlitzes im Gehäuse 10 als dies bisher zulässig war. Unter
statischen Bedingungen und noch mehr unter dynamischen, wenn das Pumpenrad 16 umläuft,
verhindern die Sperren den Zutritt von Schmutz und anderen Fremdkörpern zum Abteil
90 wie auch zum Abteil 86, so dass die Dichtungsflächen der Dichtungselemente 52
und 68 von Verareinigungenbewahrt sind.
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Unter dynamischen Bedingungen wirkt das Prallblech 75 wie ein Pumpenrad,
das einen Luftstrom in Richtung der Pfeile 100 bewirkt, wodurch der angesaugte Luftstrom
Wasser und Schmutz, die sich in der Bohrung 94 der Antriebswelle 12 angesammelt
haben können, mitnimmtund über die Schlitze 96 und 98 ins Freie befördert, wobei
auch Ablagerungen in den Abteilen 86 und 88 mitgenommen werden.
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Der Zusammenbau der einzelnen Teile, um die Kugelreihen 20 und 22
vorzuspannen, geschieht in folgender Weise: Es werden zunächst die Antriebswelle
12 und das Gehäuse 10 und die Kugelreihe 20 in der endgültigen Zuordnung zusammengebaut.
Dies kann durch das bekannte Conrad-Verfahren erfolgen, bei dem die Antriebswelle
12 exzentrisch innerhalb des Gehäuses 10 gehalten wird, um einen sichelförmigen
Raum zwischen der Antriebswelle 12 und dem Gehäuse 10 zu bilden, durch den eine
vorgegebene Zahl von Kugeln in die Laufbahn 42 eingeführt werden kahn. Diese Kugeln
werden dann in Uxfangsrichtung in Abstand voneinander gehalten, um die Kugelreihe
20 zu bilden, wodurch das linke Ende der Antriebswelle 12 im Gehäuse zentriert ist.
Die Kugeln 20 werden durch Käfige in Abstand voneinander gehalten, die aus einem
einfachen Ring mit axialen Fingern bestehen, die über dieKugen schnappen,
wenn
der Ring vom linken Ende des Gehäuses 10 aus in axialer Richtung eingesetzt wird.
In abgewandelter Weise können die Kugeln 20 auch zunächst in die Ringnut 42 eingesetzt
werden und durch einen geeigneten Käfig festgehalten werden, worauf dann die mit
dem Lager versehene Antriebswelle 12 von links in das Gehäuse eingeschoben wird.
Wesentlich ist, dass die Kugelreihe: 20 in ihre endgültige Lage zum Gehäuse 10 und
zur Antriebswelle 12 gebracht wird, bevor die Kugelreihe 22 montiert wird. Die ringförmige
Platte 56 wird von rechts in das Gehäuse eingesetzt und stützt sich gegen die radiale
Wand 34 des Gehäuses ab. Im spannungsfreien Zustand vor dem Einsetzen ist die radiale
Wand 37 der ringförmigen Platte leicht kegelstumpfförmig ausgebildet und ist radial
einwärts auf das freie Ende des äusseren Flansches 40 gerichtet. Die Neigung ist
sehr klein und beträgt nur wenige Grade. Vorzugsweise ist auch der äussere Flansch
40 nach aussen um einige Gradegeneigt und hat seinen grössten Durchmesser am freien
Rand, der den Innendurchmesser des Gehäuseteils 32 grösseren Durchmessers um einige
zehntauaendstel Millimeter übersteigt, so dass nach dem Einsetzen die ringförmige
Platte 36 in dem Gehäuse 10 zentriert ist, aber eine geringe radiale Einstellung
durch die Vorspannung des äusseren Flansches 40 möglich ist.
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Nach dem Einsetzen der ringförmigen Platte 36 ist der innere Rand
der radialen Wand 37 der ringförmigen Platte 36 federnd abgelenkt, und zwar in Richtung
auf den Gehäuseteil 28 kleineren Durchmessers. Während die radiale Wand 37 in der
ausgebogenen Lage gehalten wird, wird die Antriebswelle 12 um die Kugelreihe 20
geschwenkt, um die innere Laufbahn 39 von der Achse des Gehäuses 10 zu entfernen,
so dass ein sichelförmiger Raum zwischen der Antriebswelle 12 und dem inneren Flansch
38 der ringförmigen Platte 36 entsteht.
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Eine vorgegebene Zahl von Kugeln 22 wird nun in die Ringnut 43 eingeführt.
Die Kugeln werden dann durch einen in axialer Richtung eingeführten Käfig auf Abstand
voneinander gebracht, wodurch die Antriebswelle 12 ihre zweite Zentrierung durch
die Kugeln 22 erhält. Nachdem die Kugelreihe 22 eingebracht ist, wird der innere
Rand der radialen Wand 37 der ringförmigen Platte 36 freigegeben, wobei ihre Rückverformung
in die ursprüngliche Form durch die Kugelreihen 20 und 22 verhindert ist, wodurch
eine Federwirkung eintritt, durch die die Laufbahn 39 von der Laufbahn 31 abgedrückt
wird, wodurch eine Vorspannung der Kugelreihen 20 und 22 bewirkt ist.
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Bei der federnden Verformung der ringförmigen Platte 36 nimmt die
radiale Wand 37 ebene Gestalt am äusseren Rand an, so -dass eine breite ebene Anlagefläche
im Bereich
der radialen Wand 34 des Gehäuses 10 entsteht'. Wird
eine geschlitzte ringförmige Platte 36 verwendet, so muss das Rohr 26 verwendet
werden. Dieses Rohr 26 wäre dann in das Gehäuse gegen den kegelförmigen Gehäuseteil
30 anliegend einzusetæen, bevor die ringförmige Platte 36 eingesetzt wird. Wie bereits
erwähnt, passt das Rohr 26 mit Gleitsitz auf den inneren Flansch 38 der ringförmigen
Platte 36. Hierdurch ist die notwendige Verformung des Innenrandes der radialen
Wand 37 in Richtung auf den Gehäuseteil 28 kleineren Durchmessers möglich, während
die Kugelreihe 22 eingebaut wird.