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Kombiniertes Axial-Radial-Gleitlager
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Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Axial-Radial-Gleitlager, bei
dem ein Lagerzapfen in einer Lagerschale radial sowie zumindest in einer Achsrichtung
gehalten ist.
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Derartige kombinierte Gleitlager sind bereits bekannt. Sie weisen
meist eine mit einem Flansch versehene hülsenförmige Lagerschale auf und am Lagerzapfen
ist ein entsprechender Axialanschlag vorgesehen. Dieser stützt sich am Flansch der
Lagerschale ab, so daß diese beiden Teile das Axiallager bilden. Um eine gute Tragfähigkeit
und gute Laufeigenschaften zu erreichen, müssen die radiale und oft auch die axiale
Erstreckung dieses Lagers vergleichsweise groß ausgebildet sein. Insbesondere ist
bei einem derartigen Lager eine gleichmäßige Flächenbelastung zwischen den Lagerelementen
problematisch, so daß leicht bereichsweise Überlastungen an den Lagerflächen, gegebenenfalls
aber auch gefährliche Spannungsspitzen im Lagerzapfen beziehungsweise in der Lagerschale
auftreten können.
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Besonders am Übergang der sich radial erstreckenden, die Axialkräfte
aufnehmenden Gleitfläche des Lagerzapfens zu dessen in Achsrichtung orientierten
Teil können ganz erhebliche Spannungsspitzen auftreten. Bei den bisher bekannten
Axial-Radial-Lagern ist man diesen Schwierigkeiten durch eine entsprechend größere
Bemessung des Lagers entgegengetreten. Dadurch benötigen diese Lager aber vergleichsweise
viel Platz und sind auch entsprechend teuer. Auch hat man bei entsprechender Belastung
Wälzlager, gegebenenfalls kombiniert axial- radialwirkende Wälzlager verwendet.
Diese sind aber vergleichsweise aufwendig und benötigen namentlich in radialer Richtung
viel Platz. Nicht selten sind derartige, aufwendige Wälzlager beim gegebenen Belastungsfall
nicht voll ausgenutzt,
müssen aber dennoch verwendet werden, da
entsprechende einfachere Gleitlager den Bedürfnissen nicht mehr gerecht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein kombiniertes Axial-Radial-Gleitlager
zu schaffen, das neben guter Gleiteigenschaften bei Beanspruchung auf Torsion oder
Rotation gut verhältnismäßig große Biegedruck-Belastungen übertragen kann und dabei
eine vergleichsweise gedrängte Bauform ermöglicht. Außerdem soll dieses Gleitlager
einfach und billig in der Herstellung und Handhabung sein und eine möglichst gleichmäßige
Flächenbelastung im Lagerflächenbereich begünstigen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung insbesondere vor,
daß der Verlauf der Lagerflächen in Lagerachsenrichtung zumindest teilweise am Verlauf
der Orthogonaltrajektorien derjenigen Hauptspannungslinien im Lagerflächenbereich
orientiert ist, die etwa der auftretenden Maximalbeanspruchung insbesondere hinsichtlich
der Querkraft und Biegung entsprechen.
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Bei einem solchen Lager werden im Bereich der aneinander anliegenden
Lagerflächen die Flächenpressung vergleichsweise klein gehalten beziehungsweise
tritt diese Flächenpressung verhältnismäßig gleichmäßig auf Besondere Spannungsspitzen
können weitgehend vermieden werden. Dies gilt nicht nur für axiale und radiale Belastungen,
sondern insbesondere auch für angreifende Biegemomente.
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Dabei braucht der Verlauf der Lagerflächen nicht exakt dem Verlauf
der Orthogonaltrajektorien der Hauptspannungslinien im Lagerbereich zu entsprechen.
Eine teilweise Anpassung und/oder eine entsprechende Orientierung gemäß dem Verlauf
der Orthogonaltrajektorien genügt bereits für zahlreiche Lastfälle. Dementsprechend
ist eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers, daß es an seinen
axialen Endbereichen etwa zylinderförmig mit jeweils unterschiedlichem Durchmesser
ausgebildet ist und daß diese Endbereiche durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt
etwa im mittleren Bereich der axialen Erstreckung des Lagers in Verbindung stehen.
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Vorteilhafterweise verläuft die Mantelfläche des Kegelstumpfes
gegenüber
der Lagerachse in einem Winkel von etwa 4o bis 50°, vorzugsweise etwa 450. Dadurch
erhält man eine gute Anpassung an den Verlauf der Orthogonaltrajektorien, so daß
Schubkräfte im Bereich der Lagerflächen weitgehend vermieden werden können.
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Die Übergänge zwischen der Mantelfläche des Kegelstumpfes und den
Endbereichen sind in Anpassung an den Verlauf der Orthogonaltrajektorien zweckmäßigerweise
mittels Übergangsradien ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zumindest
einer der axialen Endbereiche konisch zu dem äußeren Ende des im Durchmesser kleineren
Endes hin zulaufend ausgebildet ist. Dadurch kann man trotz der Abnützung der Lagerflächen
insbesondere im mittleren Lagerflächenbereich etwa eine gleichbleibende Anlage erzielen.
Das Nachstellen des radialen Lagerspieles erfolgt gewissermaßen selbsttätig durch
eine geringfügige axiale Verschiebung infolge Lagerverschleißes.
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Die Endbereiche können einen Konuswinkel von etwa 0 bis zu 40, vorzugsweise
einen Winkel von etwa 20 aufweisen.
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Gegebenenfalls kann bei zylindrischer Ausbildung vor allem des einsteckseitigen
Endbereiches ein Einführen des Lagerzapfens in die Lagerschale erleichtert sein,
wenn der zum Einsteckende gehörende Endbereich des Lagerzapfens eine Anfasung, Abrundung,
od.dgl. aufweist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Lager eine Verschiebesicherung
in der noch nicht festgelegten Achsrichtung aufweisen. Dies kann zum Beispiel durch
eine im Lagerspaltbereich angeordnete formschlüssige Verbindung erfolgen. Diese
Verschiebesicherung vermeidet vor allem, daß
die Lagerteile bei
Entlastung getrennt werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann wenigstens eine der in Berührung
stehenden Lagerflächen des Lagerzapfens und/oder der Lagerschale eine die Laufeigenschaften
verbessernde Beschichtung, zum Beispiel eine Polytetrafluoräthylen-Beschichtung
aufweisen. Dadurch kann neben der verbesserten Laufeigenschaften auch eine Erhöhung
der Lebensdauer des Lagers erreicht werden. Ferner kann man dieses dadurch auch
als selbstschmierendes Lager ausbilden.
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Gegebenenfalls können in den Lagerflächen Schmiernuten vorgesehen
sein.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
der Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Lagers,
Fig.
2 ebenfalls einen Längsschnitt, hier jedoch eines etwas abgewandelt ausgeführten
Lagers, Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines Lagers mit Verschiebesicherung, Fig.
4 ein Diagramm, das die Biegespannung und die Längsschubspannung in einem Balken
wiedergibt, Fig. 5 einen Drehstuhl, der mit einem erfindungsgemäßen Lager ausgerüstet
ist, Fig. 6 einen drehbar an einem Halteelement gelagerten Arm mit einem erfindungsgemäßen
Lager, Fig. 7 eine druckbelastete Lagerung und Fig. 8 ein Lager mit Beschichtung.
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Ein erfindungsgemäßes Lager 1 weist als wesentliche Bestandteile einen
Lagerzapfen 2 und eine Lagerschale 3 auf (vgl.
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Fig. 1 und 2). Die axialen Endbereiche 4 und 5 sind dabei etwa zylinderförmig
mit jeweils unterschiedlichem Durchmesser D bzw.
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d ausgebildet. Diese Endbereiche 4 und 5 sind durch einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 6 verbunden.
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Die Formgebung des Lagers 1 bzw. der Verlauf der Lagerflächen in Richtung
der Lagerlängsachse 7, beruht auf dem Verlauf der Hauptspannungslinien, die z. B.
bei einem gemäß dem Pfeil Pf 1 in Fig. 1 gerichteten Biegemoment auftreten können.
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Fig. 4 läßt dazu erkennen, daß bei einer derartigen Belastung Biegespannungen
# auftreten, die im Bereich der Null-Linie N gleich 0 sind, während in den äußeren
Bereichen maximale Biegespannungen # # max. auftreten. Dagegen sind die Längsschubspannungen
# im Randbereich gleich 0, während in der Null-Linie N die Längsschubspannung #
max. auftritt. Die daraus resultierenden Spannungen verlaufen in dem Randbereich
parallel
zur Null-Linie N, wohingegen sie die Null-Linie N unter
einem Winkel von 45° schneiden. Aus dieser Tatsache heraus läßt sich eine g g@@@tige
Lagerform erzielen, indem.der Verlauf der Lagerflächen in Richtung der Lagerlängsachse
7 am Verlauf der Orthogonaltrajektorien derjenigen Hauptspannungslinien im Lagerflächenbereich
orientiert ist, die etwa den auftretenden Belastungsmomenten entsprechen.
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In dem Diagramm gemäß Fig. 4 ist rechts eine günstige Formgestaltung
von Lagerflächen im Längsschnitt angedeutet, wobei zumindest in den äußeren Randbereichen
und im Bereich der Null-Linie N dem Verlauf der Hauptspannungslinien beziehungsweise
deren Orthogonaltrajektorien in etwa Rechnung getragen wurde.
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Man wählt zum Beispiel (vergleiche Fig. 1 und 2) eine in den Endbereichen
zylindrische Formgebung, während der im Bereich der Null-Linie liegende Abschnitt
als Kegel -mpf ausgebildet ist. Dieser weist entsprechend den vorbeschriebenen Erläuterungen
anhand der Fig. 4 eine im Winkel von 450 schräg zur Lagerlängsaohse 7 verlaufende
Mantellinie 8 auf. Durch diese Formgebung treten im Bereich der Lagerflächen im
wesentlichen senkrecht zu diesen Lagerflächen wirkende Durckflächen auf.
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In Achsrichtung wirkende Kräftekomponente können dementsprechend weitgehend
vermieden werden. Es brauchen also insoweit keine besonderen Maßnahmen getroffen
zu werden, um auf diese Weise zusätzlich entstehende, in Achsrichtung des Lagers
wirkende Kräfte aufzufangen.
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Die Übergänge zwischen dem Kegelstumpf und den Endbereichen 4 und
5 sind mittels Radien R 1 und R 2 (vergleiche Fig. 1) gerundet ausgebildet. Dies
ist einfach herstellbar und man erhält dabei auch in diesen Übergangsbereichen eine
genügend gute Anpassung des Lagerflächenverlaufes an den dortigen Verlauf der Orthogonaltrajektorien
der Hauptspannungslinien.
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Durch die Formgebung des erfindungsgemäßen Lagers 1 mit seinem am
Einsteckende 9 kleineren Querschnitt ist das Lager 1 in einer axialen Richtung (Pf
2 in Fig. 1), die auch die Hauptbelastungsrichtung darstellt, festgelegt. Um auch
kleinere Axialschübe in der anderen Richtung aufnehmen zu können, kann eine Verschiebesicherung
10 vorgesehen sein (Fig. 1 und 3). Diese
kann, wie in Fig. 1 erkennbar,
durch einen Klemmring 11 gebildet sein, der in einem etwa achsparallel verlaufenden
Lagerspaltbereich angeordnet ist. Dazu ist in dem Lagerzapfen 2 - in diesem Ausführungsbeispiel
in dem einsteckseitigen Endbereich 5 - eine Nut 12 vorgesehen, die den Klemmring
11 zumindest teilweise aufnehmen kann. Auch die in Funktionsstellung dem Klemmring
11 benachbarte Wandung der Lagerschale 3 ist mit einer nutartigen Vertiefung 13
versehen, in die der Klemmring in Funktionsstellung federnd einrasten kann. Durch
die federnd elastische radiale Nachgiebigkeit des Klemmringes 11 kann dieser beim
Zusammenbau des Lagers 1 etwas radial in die Nut 12 einfedern und damit auch eine
einfache Montage der Lagerelemente erlauben.
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Eine etwas anders ausgebildete Verschiebesicherung 10 ist in Fig.
3 dargestellt. Diese besteht im wesentlichen aus einem hülsenförmigen, längs geschlitzten
Verbindungselement 14 mit einem wulstartigen Rand 15. Dieser Rand 15 ist zweckmäßigerweise
radial nachgiebig ausgebildet. Um das Einführen des Lagerzapfens 2 nicht zu behindern,
weist die Lagerschale 3 einen ringförmigen Ausweichraum 16a aauft in den der wulstartige
Rand 15 einfedern kann. In Funktionsstellung schnappt dieser dann in eine Einrastnut
16 des Lagerzapfens 2 ein. Am einsteckseitigen Ende ist das Verbindungselement 14
mit einem den Rand der Lagerschale 3 übergreifenden Kragen 17 versehen, so daß das
Verbindungselement 14 dadurch in Wirkrichtung der Verschiebesicherung 10 festgelegt
ist. Die Verbindung mit dem Lagerzapfen 2 ist durch das Eingreifen des wulstartigen
Randes 15 in die Einrastnut 16 gegeben. Durch die geschlitzte Ausführungdes Verbindungselementes
14 kann dieses schon mit radial nach außen wirkender Vorspannung in die Lagerschale
3 eingesetzt werden.
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Erwähnt sei noch, daß bei in einer Lagerschale sich axial gegenüberliegenden,
lagerseitig axial zueinander belasteten
Lagerzapfen 2 als einfache
Verschiebesicherung 10 auch eine Zugverbindung der Lagerzapfen vorgesehen sein könnte.
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Die in den Figuren 1 und 3 gezeigten Lagerzapfen 2 lassen noch erkennen,
daß als Einsteckhilfe das Einsteckende 9 eine Anfasung 18 aufweisen kann.
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Fig. 2 läßt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung
erkennen. Die Endbereiche 4 und 5 sind dabei zu dem Einsteckende 9 des Lagers 1
hin konisch zulaufend ausgebildet.
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Dies hat nun den Vorteil, daß bei Abnützung des Lagers 1 trotzdem
eine praktisch über den gesamten Lagerflächenbereich gleichmäßige Anlage erhalten
bleibt. Bei einer in erster Linie gemäß dem Pfeil Pf 2 in Fig. 1 auftretenden Belastung
erfolgt vor allem eine Abnützung im Bereich der Schultern des Kegelstumpfes 6, so
daß sich entsprechend dessen Abnützungsgrad auch eine axiale Verschiebung der Lagerelemente
2 und 3 ergibt. In dem Bereich des Kegelstumpfes 6 auftretende Abnützungen werden
dadurch also ausgeglichen. Dagegen würde bei den zylindrisch ausgebildeten Endbereichen
4 und 5 (Fig. 1) diese axiale Verschiebung wegen der dort parallel zur Längsachse
7 verlaufenden Lagerflächen keinen Lagerspielausgleich schaffen können. Dagegen
erfolgt bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform mit konischen Endbereichen 4
und 5 bei einer axialen Verschiebung der Lagerelemente 2 und 3 zueinander auch ein
Spielausgleich in deren Endbereichen 4 und 5. Da die Abnützung hier wegen der kleineren
axialen Belastungskomponente in der Regel geringer ist, kann durch einen Konuswinkelα,
der bevorzugt etwa 20 beträgt, ein guter Verschleißausgleich ermöglicht werden.
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Fig. 7 zeigt noch eine axiale Belastungseinrichtung 20, die für eine
gute Anlage der Lagerflächen auch nach einer gewissen Abnützung sorgt. Das Einsteckende
9 des Lagerzapfens 2 weist dabei eine Druckfeder 21 auf, die sich an der Lagerschale
3 abstützt und mit ihrem anderen Ende mit dem Lagerzapfen 2 verbunden ist.
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Die Laufeigenschaften des Lagers 1 können durch eine Beschichtung
19 der Lagerflächen verbessert werden. Dabei kann sowohl eine als auch beide Laufflächen
eine derartige Beschichtung 19 aufweisen. Unter anderem auch wegen der hohen Verschleißfestigkeit
hat sich insbesondere eine Beschichtung aus Polytetrafluoräthylen als vorteilhaft
erwiesen (vgl. Fig. 2).
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Gegebenenfalls könnte im Lagerbereich zwischen dem Lagerzapfen 2 und
der Lagerschale 3 auch ein auswechselbares Einlageteil eingesetzt sein. Auch besteht
die Möglichkeit, eine Lagerfläche mit Schmiernuten zu versehen und so für gute Gleiteigenschaften
zu sorgen.
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Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel, wobei das erfindungsgemäße Lager
1 als Drehlager 22 für einen Drehstuhl 23 dient.
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Die Lagerschale 3 ist dabei mit dem Sitz 24-verbunden, während der
Lagerzapfen 2 das Endstück des Stützfußes 25 bildet-Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Lagers 1 kann die Lagereinheit mit vergleichsweise geringer Baulänge ausgeführt
sein, wobei trotzdem neben einer guten Drehlagerung auch eine biegesteife Verbindung
geschaffen ist. Dies ist besonders auch in diesem Anwendungsfall notwendig, weil
die auftretende Belastung dabei meist nicht nur axial gerichtet ist, sondern in
der Regel auch ein erhebliches Kippmoment aufzunehmen ist.
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Trotz dieser Vorteile ist das Lager 1 aber besonders einfach und robust
aufgebaut. Um zu vermeiden, daß sich der Fuß 25 von dem Sitz 24 beim Transport od.
dgl. löst, ist, wie anhand der Figuren 1 und 3 schon erwähnt, eine Verschiebesicherung
10, hier in Form eines Klemmringes 11 vorgesehen.
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Auch bei dem in Fig. 6 gezeigten Anwendungsbeispiel ist eine biegesteife
und drehbare Lagerung erwünscht. Durch den Pfeil Pf 3 ist eine Belastung angedeutet,
die dem Arm 26 ein Kippmoment vermittelt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Lagers 1 kann eine derartige Belastung aber gut bei vergleichsweise geringer
axialer Erstreckung aufgenommen werden.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar in der Lager- und Fördertechnik
@@@@gemein anwendbar. Insbesondere ist sie erfindungsgemäß aber für billige Lager
vorgesehen, wie man sie z.B. bei Drehstühlen, bei TUrlager-Beschlägen, bei Drehlagern
von Türen, Fenstern, Möbeln usw. benötigt. Gerade der Bereich, bei denen teure,
auch in der Wartung anspruchsvollere Wälzlager zu aufwendig sind, ist die Verwendung
des erfindungsgemäßen Lagers sehr vorteilhaft. Ein erfindungsgemäßes Charakteristikum
ist nämlich, daß die Kontur seiner Lagerfläche kontinuierlich und knickfrei verläuft,
obgleich es ein kombiniertes Axial-Radial-Lager darstellt. Es vereinigt damit die
Funktion eines Lagers mit der eines biegesteifen Knotenpunktes. Zusammen mit der
einfachen Herstellbarkeit und der anspruchslosen Wartung, ggf. sogar der Wartungsfreiheit
ist es deshalb für die vorerwähnten Anwendungsfälle besonders geeignet, insbeschdere,
wenn sowohl axiale als auch Querbelastungen bzw entsprechende Biegemomente auftreten.
Aus den gleichen Gründen sind auch bevorzugte Anwendungsgebiete Kleinteile, Schrankbeschläge
usw.
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Fig. 8 zeigt noch eine besondere Ausführungsform eines mit einer Beschichtung
19 versehenen Lagers 1. Dabei ist an dem im Durchmesser größeren Endbereich 4 des
Lagerzapfens 2 eine radial vorstehende, umlaufende Nase 27 vorgesehen. Diese Nase
27, die in ihrer radialen Erstreckung der Dicke der Beschichtung 19 oder aber auch
der Dicke eines z.B. auswechselbaren Einsatzstückes od.dgl. entspricht, verhindern
eine Ausdehnung der Beschichtung od.dgl. bei Belastung des Lagers 1, wodurch die
Belastbarkeit erhöht werden kann. Die Nase 27 kann dabei, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 8, an dem Lagerzapfen 2 oder aber auch an der Lagerschale 3 vorgesehen
sein.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
miteinander erfindungswesentlich sein.
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- Patentansprüche -
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