DE4204981A1 - Geraeuschfreies losradlager - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe mit
wenigstens einem vorzugsweise über ein Nadellager auf einer Getriebe
welle gelagerten Zahnrad, welches über ein Kuppelelement mit der
Getriebewelle kuppelbar ist, wobei radial zwischen einer der Getriebe
welle zugeordneten inneren Laufbahn und einer einer Nabe des Zahnrades
zugeordneten äußeren Laufbahn Nadeln in einem Wälzlagerkäfig angeord
net sind.
Ein derartiges Zahnräderwechselgetriebe ist beispielsweise durch die
OE-PS 2 89 563 aus den 60er Jahren bekannt. Das Zahnrad ist hierbei
über ein zweireihiges Nadellager auf der Getriebewelle gelagert.
Solche wälzgelagerten Zahnräder werden auch als Losräder bezeichnet.
Nach diesem Dokument sind die beiden Nadelreihen in X- bzw. in O-
Anordnung vorgesehen, so daß die Nadeln an schräg zur Drehachse des
Wälzlagers angeordneten Laufbahnen abwälzen. Mit einer solchen Lage
rung wird erreicht, daß Axialkräfte, wie sie bei schrägverzahnten
Zahnrädern auftreten, in beiden Richtungen sicher aufgenommen werden.
In diesem Dokument wird angeführt, daß durch die Anordnung der Nadeln
auf den kegeligen Laufbahnen infolge der unterschiedlichen Relativge
schwindigkeiten der beiden Enden der Nadeln die Lagerreibung geringfü
gig erhöht wird, wodurch das Zahnrad im unbelasteten, das heißt im
nicht geschalteten Zustand gegenüber der Welle abgebremst wird. Durch
diese Maßnahme soll erreicht werden, daß eine von der Fachwelt als
Losradkreischen bezeichnete Geräuschbildung unterbunden wird.
Der Wälzlagerindustrie ist bekannt, daß dieses Losradkreischen bei
unbelasteten, schnellaufenden Radiallagern, insbesondere Zylinderrol
len- und Nadellagern auftritt, die zur Lagerung von Losrädern auf
Getriebewellen von Kfz-Getrieben verwendet werden. Im gekuppelten
Zustand des Losrades ist das Losrad und damit auch das Radiallager
radial belastet, so daß das Losradkreischen nicht auftritt.
Als Ursache des Losradkreischens wird in diesem Dokument der geringe
Reibungswert der Nadellagerkäfige angegeben, die bei unbelastet und
mit hohen Drehzahlen umlaufenden Zahnrädern infolge des unvermeidli
chen Spieles zwischen den Zahnflanken der Zahnräder heulende Geräusche
verursachen.
Die Anordnung eines doppelreihigen Nadellagers in X- bzw. O-Anordnung
ist jedoch mit Nachteilen behaftet: Erstens erzeugt die oben beschrie
bene Reibungserhöhung eine unerwünschte Wärmeentwicklung und zweitens
ist die Verwendung eines doppelreihigen Nadellagers aus wirtschaftli
chen Gründen nicht praktikabel, da für die Lagerung eines Zahnrades
zwei Nadelkränze verwendet werden müssen.
In diesem Dokument wird auch auf andere, bereits durchgeführte Maßnah
men hingewiesen, die das Losradkreischen unterbinden sollten. So wurde
beispielsweise vorgeschlagen, einige Taschen des Käfigs geringfügig
schräg zur Lagerachse anzustellen, damit der Käfig abgebremst bzw. die
Reibung erhöht wird. Da jedoch eine schräg zur Lagerachse angesteuerte
Nadel einen Axialschub hervorruft, der den Käfig entlang der Welle
wandern läßt, ist es erforderlich, die Taschen abwechselnd nach beiden
Seiten so schräg zu stellen, daß die durch die einzelnen Nadeln her
vorgerufenen Axialschübe sich gegenseitig aufheben. Diesem Dokument
zufolge ist diese Forderung jedoch nicht leicht zu erfüllen, außerdem
wird der Nadellagerkäfig hierbei großen verschleißfördernden Belastun
gen ausgesetzt.
Das Probelm des Losradkreischens ist bis heute in keiner Weise zu
friedenstellend gelöst worden. Etwa 30 Jahre nach der Veröffentlichung
des oben genannten Dokumentes erschien 1987 eine Forschungsarbeit auf
dem Gebiet des Losradkreischens, die von der NTN-Toyo Bearing Company
durchgeführt worden ist. Dieses Dokument ist von der Society of Auto
motive Engineers unter der Nummer 0148-7191/87/1019-1923 $ 0250 her
ausgegeben worden, und trägt den Titel: Analysis of the Behaviour and
Resonant Noise of Needle Roller Bearings Used for Idler Gears in
Transmission Applications. In diesem Dokument wird festgestellt, daß
das Losradkreischen auf eine sich selbsterregende Schwingung zurückzu
führen ist, die von mehreren Parametern abhängig ist. Diesem Dokument
zufolge wurden aufwendige Versuche unternommen, die das Phänomen des
Losradkreischens beschreiben und klären sollten. Allerdings brachte
auch diese Forschungsarbeit kein Ergebnis, wie die Wälzlagerindustrie
dieses Problem sicher lösen kann.
In eigenen aufwendigen Untersuchungen wurde ein Modell entwickelt, das
zur Klärung der Bildung des Losradkreischens beitragen soll: Im nicht
geschalteten, also im unbelasteten Zustand des Zahnrades liegen unter
schiedliche Drehzahlen des Zahnrades und der Getriebewelle vor. Bei
einer kritischen Drehzahldifferenz kann eine sich selbsterregende
Schwingung ausgelöst werden, die von einem Taumeln des Zahnrades
begleitet wird. Das Zahnrad verkippt gegenüber der Getriebewelle,
wobei die dem Zahnrad zugeordnete äußere Laufbahnen gegen die Enden
von zwei sich diagonal gegenüberliegenden Nadeln anschlägt. Die so
berührten Nadeln werden schlagartig beschleunigt, bzw. abgebremst,
wobei diese Beschleunigung, bzw. die Bremsung über den Nadellagerkäfig
auf weitere Nadeln übertragen wird. Gleichzeitig wird das Zahnrad, das
während des Anschlagens gegen die Enden der Nadeln einem Impuls ausge
setzt ist, aus seiner nun schrägen Drehrichtung gebracht, wobei es die
Taumellage verändert und die ihm zugeordnete Laufbahn gegen weitere
Nadeln anschlägt. Diese Vorgänge geschehen stoßartig und lösen das
Losradkreischen offensichtlich aus. Daraus folgt, daß das Losradkrei
schen dann unterbunden wird, wenn der erste Stoßimpuls des Zahnrades
gegen die Nadeln erst gar nicht erfolgt, die selbsterregte Taumel
schwingung erst gar nicht entstehen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem
Zahnräderwechselgetriebe die das Losradkreischen stark beeinflußende
Taumelbewegung des Zahnrades zu unterbinden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest eine
der Laufbahnen in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer
Kreisform abweichende Laufbahnwölbung derart aufweist, daß wenigstens
eine der Nadeln zwischen der Laufbahnwölbung und dieser gegenüber
liegenden Laufbahn radial elastisch vorgespannt ist.
Da diese elastische Vorspannung eine vom Schaltzustand des Losrades
unabhängige radiale Belastung des Nadellagers bewirkt, kann das Los
radkreischen nicht mehr auftreten. Der Nadellagerkäfig läuft in der
Lagerstelle ruhiger und die Taumelbewegung des Zahnrades wird nicht
ausgelöst.
Radial vorgespannte Wälzlager, bei denen zumindest eine der Laufbahnen
in wenigstens einem Umfangsabschnitt eine von ihrer Kreisform abwei
chende Laufbahnwölbung aufweisen, sind bereits seit Mitte der 50er
Jahre bekannt: In den 50er Jahren wurden beispielsweise die Dokumente
FR-PS 10 79 848 und die US-PS 29 13 859 veröffentlicht. Die Entwick
lung solcher radial vorgespannten Lager wurde in den 60er Jahren
fortgesetzt, wobei beispielsweise die US-PS 30 09 748, das DE-GM 69 33 767,
das DE-GM 79 78 056 veröffentlicht worden sind. Aus den 70er
Jahren ist beispielsweise die FR-PS 20 36 443 bekannt. Die Entwicklung
reicht bis in die heutige Zeit hinein, beispielsweise wurde die EP-OS
04 12 870 1991 veröffentlicht.
Keines dieser Dokumente liefert jedoch einen Hinweis auf die mögliche
Verwendung eines vorgespannten Radialwälzlagers zur Beseitigung des
Losradkreischens in einem Zahnräderwechselgetriebe. Ziel dieser ganzen
Entwicklungen war es vielmehr, hochpräzise Zentrierungen mittels
dieser Wälzlager zu gewährleisten. Solche vorgespannten Radialwälz
lager finden ihre Anwendung beispielsweise als Lenksäulenlager oder
zur Lagerung von Wellen von Elektromotoren.
Mit der vorliegenden Erfindung wird erstmalig ein Zahnräderwechselge
triebe vorgeschlagen, bei dem die frei drehbaren Zahnräder mittels
radial vorgespannter Wälzlager auf einer Getriebewelle gelagert sind,
wobei das Losradkreischen in Zahnräderwechselgetrieben, insbesondere
in Kfz-Getrieben, einwandfrei unterbunden wird.
Eine besonders günstige Variante dieses erfindungsgemäßen Zahnräder
wechselgetriebes ist in Anspruch 2 vorgeschlagen. In diesem Fall ist
die dem Zahnrad zugeordnete äußere Laufbahn an der inneren Mantel
fläche einer Hülse mit gleichmäßiger Wanddicke ausgebildet, die mit
einer an der Nabe des Zahnrades ausgebildeten zylindrischen Aufnahme
verbunden ist, wobei die Hülse zur Bildung der Laufbahnwölbung in
Richtung auf die Getriebewelle gewölbt ist. Die elastischen Eigen
schaften der Laufbahnwölbung müssen dabei besonderen Anforderungen
genügen, wie nachstehend erläutert wird: Einerseits muß die radiale
Vorspannung durch die Laufbahnwölbung so groß sein, daß wenigstens
eine Nadel im Bereich der Laufbahnwölbung radial belastet ist, ande
rerseits muß die Laufbahnwölbung derart elastisch nachgiebig sein, daß
sie sich an die zylindrische Aufnahme der Nabe anschmiegen kann. Dies
ist dann der Fall, wenn das Zahnrad mit der Getriebewelle gekuppelt
wird, und aufgrund eines in das Zahnrad eingeleiteten Drehmomentes
eine radial gerichtete Kraftkomponente auf das Zahnrad einwirkt. Da
diese Radialkraft stationär ist, die Hülse aber umläuft, durchläuft
diese Hülse mit ihrem gesamten Umfang die Wirkungslinie dieser Radial
kraft. Wenn nun die Laufbahnwölbung in den Bereich dieser Radialkraft
gerät, muß sie dieser Kraft nachgiebig ausweichen und sich an die
zylindrische Aufnahme anschmiegen. Anderenfalls würde die Drehachse
des Zahnrades sich in radialer Richtung ständig verschieben.
Gemäß Anspruch 3 wird vorgeschlagen, daß die Hülse an ihren Stirn
seiten radial nach innen gerichtete Borde aufweist, die in Umfangs
richtung durch wenigstens je eine Lücke unterbrochen sind. Jede Lücke
wird dabei durch die Bordenden begrenzt. Zwei je an einer der Stirn
seiten ausgebildeten Lücken liegen einander gegenüber und der Mantel
der Hülse weist zwischen diesen beiden Lücken die Laufbahnwölbung auf.
Die radial nach innen gerichteten Borde bewirken, daß die Hülse eine
erhöhte Steifigkeit außerhalb der Laufbahnwölbung aufweist.
Zur Vermeidung unerwünschter lokaler Spannungserhöhungen an dem Mantel
der so ausgebildeten Hülse wird in Anspruch 4 vorgeschlagen, Freisti
che an den Stellen vorzusehen, an denen die Bordenden mit dem Mantel
der Hülse zusammentreffen.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Laufbahnwölbung besteht
nach Anspruch 5 darin, daß der Mantel der Hülse in Umfangsrichtung
ausgebildete Schlitze aufweist, wobei je zwei Schlitze in parallelem
Abstand einander gegenüberliegen. Diese Schlitze bilden dann ein
Schlitzpaar, wobei der Mantel der Hülse zwischen einem Schlitzpaar die
Laufbahnwölbung aufweist.
In den Ansprüchen 6 und 7 sind Ausbildungen der Konturen der Laufbahn
wölbung vorgeschlagen, die im Querschnitt durch die Hülse gesehen
sowohl geradlinig, als auch sichelförmig ausgebildet sein können. Bei
einer sichelförmigen Ausbildung geht die Laufbahnwölbung an ihren
Umfangsenden kantenfrei in die Kreisform der Laufbahn über.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein teilweise dargestelltes
Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 einen Querschnitt einer Hülse, die zwischen einem ange
deuteten Zahnrad und einer Getriebewelle angeordnet
ist,
Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine Hülse mit Lauf
bahnwölbungen, wobei die Hülse über einen Nadelkranz
auf einer Getriebewelle gelagert ist,
Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit quer ge
schnittener vorderer Stirnseite einer weiteren mögli
chen Ausbildung einer Laufbahnwölbung.
Das in Fig. 1 dargestellte Kfz-Getriebe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in
dem eine Getriebewelle 3 und eine Vorgelegewelle 4 über Wälzlager 5,
6 gelagert sind. Auf der Getriebewelle 3 sind frei drehbare Zahnräder
7, die im folgenden als Losräder 8 bezeichnet werden, angeordnet, und
Schaltkupplungen 9, über welche die Losräder 8 formschlüssig mit der
Getriebewelle 3 verbunden werden. Die Losräder 8 greifen in Zahnräder
10 ein, die auf der Vorgelegewelle 4 angeordnet sind.
Die Losräder 8 sind über Nadelkränze 11, die jeweils aus einem Wälz
lagerkäfig 12 und in diesem Wälzlagerkäfig 12 angeordnete Nadeln 13
bestehen, auf der Getriebewelle 3 gelagert.
Zwischen dem Nadelkranz 11 und dem Losrad 8 ist eine Hülse 14 vor
gesehen, so daß die Nadeln 13 an Laufbahnen 15, 16 abwälzen, die
einerseits an der inneren Mantelfläche 17 der Hülse 14 und anderer
seits an der Getriebewelle 3 ausgebildet sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Fig. 2 verwiesen,
die im Querschnitt durch das Kfz-Getriebe 1 gesehen ein teilweise
dargestelltes Losrad 8 zeigt, welches über den Nadelkranz 11 auf der
Getriebewelle 3 gelagert ist. Die Nabe 18 des Losrades 8 weist eine
zylindrische Aufnahme 19 auf, in die die Hülse 14 eingefügt ist. Die
Hülse 14 weist an zwei Umfangsabschnitten Laufbahnwölbungen 20 in
Richtung auf die Getriebewelle 3 auf. Diese Laufbahnwölbung 20 ist in
radialer Richtung nachgiebig und in diesem Ausführungsbeispiel in etwa
sichelförmig ausgebildet, wobei die Umfangsenden 21 der Laufbahnwöl
bung 20 kantenfrei in die Kreisform der Laufbahn 15 übergehen.
Mit einer derartigen Anordnung in einem Kfz-Getriebe 1 wird das soge
nannte Losradkreischen unterbunden, da der Nadelkranz 11 auch dann
radial belastet bleibt, wenn das Losrad 8 nicht geschaltet, also
weitestgehend unbelastet ist.
Die die Laufbahnwölbung 20 aufweisende Hülse 14 kann unterschiedlich
ausgebildet sein, so zeigt Fig. 3 eine Hülse 14, die an ihren Stirn
seiten 22 radial nach innen gerichtete Borde 23 aufweist. Die Borde 23
sind in Umfangsrichtung durch Lücken 24 unterbrochen, wobei jede Lücke
24 in Umfangsrichtung durch die Bordenden 25 begrenzt sind. Zwei je an
einer der Stirnseiten 22 ausgebildeten Lücken 24 liegen einander
gegenüber und der Mantel der Hülse 14 ist zwischen diesen Lücken
radial nach innen geformt, wodurch die Laufbahnwölbung 20 gebildet
wird. An der Hülse 14 sind Freistiche 26 an den Stellen vorgesehen, an
denen die Bordenden 25 mit dem Mantel der Hülse 14 zusammentreffen.
Durch diese Maßnahme sollen lokale Spannungen abgebaut werden.
Die Laufbahnwölbung 20 muß sich aber nicht über die gesamte axiale
Länge der Hülse 14 erstrecken. Die in Fig. 4 dargestellte Hülse weist
an ihrem Mantel in Umfangsrichtung ausgebildete Schlitze 27 auf, die
in parallelem Abstand einander gegenüberliegen und ein Schlitzpaar 28
bilden. Der Mantel der Hülse 14 zwischen diesem Schlitzpaar 28 ist
radial nach innen geformt und bildet dadurch die Laufbahnwölbung 20.
Die Anzahl der Laufbahnwölbungen 20 kann bei den hier gezeigten Bei
spielen selbstverständlich variieren.
Die Hülsenform ist auch nicht auf die hier gezeigten Ausführungen
beschränkt. Die Hülse 14 kann glattzylindrisch sein, wobei die Lauf
bahnwölbung 20 sich über die gesamte Länge der Hülse 14 erstreckt, sie
kann auch an ihren Stirnseiten 22 durchgängige Borde 23 aufweisen,
wobei der Mantel der Hülse 14 über seine gesamte Länge zur Bildung der
Laufbahnwölbung 20 radial nach innen gewölbt ist.
Bezugszahlenliste
1 Kfz-Getriebe
2 Gehäuse
3 Getriebewelle
4 Vorgelegewelle
5 Wälzlager
6 Wälzlager
7 frei drehbare Zahnräder
8 Losrad
9 Schaltkupplung
10 Zahnräder
11 Nadelkranz
12 Wälzlagerkäfig
13 Nadel
14 Hülse
15 Laufbahn
16 Laufbahn
17 innere Mantelfläche
18 Nabe
19 zylindrische Aufnahme
20 Laufbahnwölbung
21 Umfangsenden
22 Stirnseite
23 Bord
24 Lücke
25 Bordende
26 Freistich
27 Schlitz
28 Schlitzpaar
2 Gehäuse
3 Getriebewelle
4 Vorgelegewelle
5 Wälzlager
6 Wälzlager
7 frei drehbare Zahnräder
8 Losrad
9 Schaltkupplung
10 Zahnräder
11 Nadelkranz
12 Wälzlagerkäfig
13 Nadel
14 Hülse
15 Laufbahn
16 Laufbahn
17 innere Mantelfläche
18 Nabe
19 zylindrische Aufnahme
20 Laufbahnwölbung
21 Umfangsenden
22 Stirnseite
23 Bord
24 Lücke
25 Bordende
26 Freistich
27 Schlitz
28 Schlitzpaar
Claims (7)
1. Zahnräderwechselgetriebe mit wenigstens einem vorzugsweise über ein
Nadellager auf einer Getriebewelle gelagerten Zahnrad, welches über
ein Kuppelelement mit der Getriebewelle kuppelbar ist, wobei radial
zwischen einer der Getriebewelle zugeordneten inneren Laufbahn und
einer einer Nabe des Zahnrades zugeordneten äußeren Laufbahn Nadeln in
einem Wälzlagerkäfig angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine der Laufbahnen (15, 16) in wenigstens einem Umfangsab
schnitt eine von ihrer Kreisform abweichende elastisch nachgiebige
Laufbahnwölbung (20) derart aufweist, daß wenigstens eine der Nadeln
(13) zwischen der Laufbahnwölbung (20) und dieser gegenüberliegenden
Laufbahn 16 radial vorgespannt ist.
2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, bei der die dem Zahnrad
(7) zugeordnete Laufbahn (15) an der inneren Mantelfläche (17) eines
ringförmigen Bauteils ausgebildet ist und welches ringförmige Bauteil
mit einer an der Nabe (18) des Zahnrades (7) ausgebildeten zylindri
schen Aufnahme (19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
ringförmige Bauteil eine dünnwandige Hülse (14), die mit gleichmäßiger
Wanddicke ausgebildet und zur Bildung der Laufbahnwölbung (20) in
Richtung auf die Getriebewelle (3) gewölbt ist.
3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (14) an ihren Stirnseiten (22) radial nach innen gerich
tete Borde (23) aufweist, die in Umfangsrichtung durch wenigstens je
eine durch Bordenden (25) begrenzte Lücke (24) unterbrochen sind,
wobei sich zwei je an einer der Stirnseiten (22) gebildete Lücken (24)
einander gegenüberliegen und der Mantel der Hülse (14) zwischen diesen
Lücken (24) die Laufbahnwölbung (20) aufweist.
4. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Freistiche (26) beispielsweise in Form von kleinen Bohrungen an
den Stellen vorgesehen sind, an denen die Bordenden (25) mit dem
Mantel der Hülse (14) zusammentreffen.
5. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel der Hülse (14) in Umfangsrichtung ausgebildete Schlitze
(27) aufweist, wobei je zwei Schlitze (27) in parallelem Abstand ein
ander gegenüberliegen und ein Schlitzpaar (28) bilden, und welcher
Mantel zwischen einem Schlitzpaar (28) die Laufbahnwölbung (20) auf
weist.
6. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufbahnwölbung (20) im Querschnitt gesehen geradlinig ausge
bildet ist.
7. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laufbahnwölbung (20) im Querschnitt gesehen sichelförmig
ausgebildet ist, wobei die Laufbahnwölbung (20) an ihren Umfangsenden
(21) kantenfrei in die Kreisform der Laufbahn (15) übergeht.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4204981A DE4204981A1 (de) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Geraeuschfreies losradlager |
PCT/EP1993/000220 WO1993017252A1 (de) | 1992-02-19 | 1993-01-30 | Geräuschfreies losradlager |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4204981A DE4204981A1 (de) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Geraeuschfreies losradlager |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4204981A1 true DE4204981A1 (de) | 1993-08-26 |
Family
ID=6452060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4204981A Withdrawn DE4204981A1 (de) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | Geraeuschfreies losradlager |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4204981A1 (de) |
WO (1) | WO1993017252A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Date | Code | Title | Description |
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Owner name: INA WAELZLAGER SCHAEFFLER OHG, 91074 HERZOGENAURAC |
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