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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung an einem Wälzlager
gemäß den Merkmalen den Patentanspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlagerdichtungen
sind seit langem in den unterschiedlichsten Ausführungsformen
bekannt. So sind für ölgeschmierte Wälzlager
beispielsweise aus dem Fachbuch „Dubbel", 20. Auflage,
S. G90 ff. zum Fernhalten von Verunreinigungen berührende
Dichtungen bekannt, wie etwa Filzringe und Radialwellendichtringe,
die als Spezialbauform, wie z. B. Dichtscheiben (Nachsetzzeichen
RS), auch in das Wälzlager integriert sein können,
und Gleitringdichtungen, welche jedoch eine aufwendige Bearbeitung
der Wellenoberflächen erfordern. Zudem sind für ölgeschmierte
Wälzlager an gleicher Stelle in diesem Fachbuch nicht berührende
Dichtungen bekannt, mit in das Wälzlager integrierten Deckscheiben
(Nachsetzzeichen Z), oder auch äußere Labyrinthe
als anwendungsspezi fische Konstruktion bzw. als Kaufteile, wie etwa
Z-Lamellen und federnde Dichtscheiben.
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Beispielhaft
sei hierzu die
DE 43
09 813 A1 genannt, die eine äußere Labyrinthdichtung
für Wälzlager offenbart, jedoch einen relativ
großen axialen Bauraum benötigt.
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Aus
der
DE 32 12 976 A1 ist
des Weiteren ein Wälzlager bekannt, welches in der dortigen
1 eine
RS-Scheibendichtung, also eine berührende Dichtung zeigt,
wobei an den beiden Stirnflächen des Lagerinnenrings je
eine Ringscheibe befestigt ist, die sich vom Lagerinnenring aus
bis in den Bereich der inneren Mantelfläche des Lageraußenrings
erstreckt und den zwischen Lageraußenring und Lagerinnenring
verbleibenden Ringspalt sowie das Dichtelement abdeckt. Die beiden
Ringscheiben sind mit dem Lagerinnenring durch Schweißung
verbunden. Die Ringscheiben bilden zusammen mit den axial inneren
RS-Dicht-elementen eine Lagerabdichtung, die bei niedrigen Drehzahlen
als Labyrinth-dichtung und bei hohen Drehzahlen als Schleuderscheibendichtung
wirkt. In der
2 dieser Druckschrift ist dagegen
ein Wälzlager dargestellt, welches anstelle von axial inneren
RS-Scheiben auf beiden Seiten so genannte, nicht berührende
Z-Scheiben als Dichtelemente aufweist. In der Fachwelt ist es jedoch
einschlägig bekannt, dass die genannten RS-Scheibendichtungen
oder Z-Scheibendichtungen für Überdrücke,
welche über die für herkömmliche Dich-tungsanordnungen
vorgesehenen Drücke hinausgehen, sowie permanent oder temporär
auf einer Seite des Wälzlagers anliegen, an sich ungeeignet
sind.
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So
kann beispielsweise bei einem in ein Getriebe eingebauten und von
Schmieröl durchflossenen Wälzlager in einer bestimmten
Betriebssituation ein erhöhter Überdruck im Schmieröl
auftreten. Sind solche Wälzlager nicht ausreichend abgedichtet,
so können sich derartige erhöhte Drücke
und/oder Druckschwankungen nachteilig auf die Dichtwirkung der Wälzlagerdichtungen
oder auch auf die erwähnten Aktuatorfunktionen auswirken.
Eine vollständige Abdichtung des Wälzlagers ist
aber auch nicht erwünscht, da ein geringer, das Wälzlager
durchdringender Schmiermittelstrom den Betrieb desselben eher begünstigt.
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Aufgabe der Erfindung
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weiter
verbesserte berührungslose Dichtungsanordnung an einem
Wälzlager zu schaffen, welche einen axial anliegenden Überdruck,
vor allem einen hohen Überdruck (> 1 bar) und/oder erhöhte Mediendrücke
mit wechselnden Druckamplituden und Druckmaxima verkraftet, überdies
Platz sparend ist und ferner geeignet ist, den durch das Wälzlager
hindurch fließenden Medienvolumenstrom (Schmier- und/oder
Kühlöl) auf ein gewünschtes notwendige
Maß zu reduzieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß den
Merkmalen des Hauptanspruchs betrifft die Erfindung daher eine Dichtungsanordnung
an einem Wälzlager zur Leckageverringerung derselben bei
axial anliegendem Medienüberdruck und/oder Medien mit wechselnden
Drücken und Druckspitzen, mit einem ersten axial beabstandet
zu den Wälzkörpern des Wälzlagers angeordneten
und mit einem ersten Lagerring verbundenen und weitestgehend scheibenförmig
ausgebildeten Abdeckelement, sowie mit einem zweiten weitestgehend
scheibenförmig ausgebildeten Abdeckelement, welches mit
einem zweiten Lagerring verbunden ist und das erste Abdeckelement
stirnseitig des Wälzlagers beziehungsweise außenseitig
desselben überdeckt, wobei das erste und das zweite Abdeckelement
derart angeordnet und ausgebildet sind, dass eine Labyrinth-Dichtung
mit einer Mehrzahl druckverlustbehafteter Stellen geschaffen ist,
wodurch ein Leckage-Volumenstrom eine vergleichsweise lange Strecke
zurücklegt, und wobei zumindest das zweite Abdeckelement
eine derartige Steifigkeit aufweist, dass betriebsbedingte Medienüberdrücke
und/oder wechselnde Drücke und Druckspitzen zu keiner wesentlichen
Verformung des zweiten Abdeckelements führen.
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Die
Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder
Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach
kann gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung
das erste Abdeckelement innerhalb einer Umfangsnut des ersten Lagerrings
form- und/oder kraftschlüssig gehalten sein und unter Vermeidung
einer radialen und axialen Berührung des zweiten Lagerrings
sich in radialer Richtung über dessen Stirnseite, dieselbe
wenigstens teilweise überdeckend, erstrecken.
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Durch
diese Maßnahme sind im Hinblick auf den Stand der Technik
innerhalb des Wälzlagers wirkungsvolle Labyrinthe geschaffen,
die aufgrund der vom Medium zurückzulegenden vergleichsweise
langen Strecken vorteilhaft mit Druckverlusten im Medium-Volumenstrom
bzw. Leckage-Volumenstrom einhergehen und demgemäß den
Durchfluss zwischen der Überdruck- und der Niederdruckseite
des Wälzlagers auf eine gewünschte Größenordnung
zu minimieren.
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Gemäß einer
zweiten Variante kann das erste Abdeckelement innerhalb einer Umfangsnut
des ersten Lagerrings form- und/oder kraftschlüssig gehalten
sein und unter Vermeidung einer radialen und axialen Berührung
des zweiten Lagerrings sich in eine zur Umfangsnut in radialer Richtung
gegenüberliegend angeordnete Aussparung des zweiten Lagerrings
hinein erstrecken, wodurch die vom Medium zurückzulegenden
Strecken verlängert und demgemäß die
Labyrinthe in ihrer Dichtwirkung weiter verbessert sind.
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Wie
die Erfindung weiter vorsieht, ist das erste Abdeckelement in Richtung
zu den Wälzkörpern topfförmig geformt
ausgebildet, wodurch der für dasselbe erforderliche Bauraum
minimiert und dessen Steifigkeit erhöht sind.
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Was
das axial äußere, zweite Abdeckelement anbelangt,
so ist dieses dichtend am zweiten Lagerring form- und/oder kraftschlüssig
oder stoffschlüssig gehalten und kann unter Vermeidung
einer radialen und axialen Berührung des ers ten Lagerrings
in eine axiale Aussparung desselben hineinreichen, wodurch die Anzahl
der Labyrinthe weiter vorteilhaft erhöht ist.
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Demgegenüber
kann das äußere zweite Abdeckelement ebenfalls
unter Vermeidung einer radialen und axialen Berührung bis
dicht an ein zum ersten Lagerring radial benachbartes und mit demselben verbundenes
Bauteil herangeführt sein, wodurch die Anzahl der Labyrinthe
ebenfalls vorteilhaft erhöht ist. Bei demjenigen Bauteil,
mit dem der erste Lagerring verbunden ist, kann es sich beispielsweise
um eine Welle handeln.
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Möglich
ist es ferner, dass das zweite Abdeckelement durch definierte Formgebung
abschnittsweise am ersten Lagerring abgestützt ist und zumindest
der Abstützungsbereich des zweiten Abdeckelements und/oder
des ersten Lagerrings Öltaschen und/oder Mikrostrukturierungen
zur Erzielung eines hydrodynamischen Schmierfilms aufweisen, wodurch
zum einen weitestgehend dem Anspruch an eine berührungslose
Dichtung und zum anderen erhöhten, von außen auf
das Wälzlager sowie dessen Dichtungsanordnung wirkenden
Drücken Rechnung getragen wird.
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Weiter
wird es als sinnvoll beurteilt, wenn zumindest das zweite Abdeckelement
entsprechend der zu erwartenden Medienüberdrücke
und/oder wechselnden Drücke (Überdruck, Unterdruck)
und Druckmaxima eine erhöhte Steifigkeit durch eine erhöhte
Wandstärke und/oder eine versteifende Formgebung in Form
von Sicken, tangentialen Rillen und/oder radialen Stegen aufweist.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Abdeckelement
aus Metall oder Kunststoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff,
wie etwa einem Verbundwerkstoff, bestehen.
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Schließlich
ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass
der erste Lagering als Innenring und der zweite Lagerring als Außenring des
Wälzlagers ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an
einigen Ausführungsformen näher erläutert.
Darin zeigt:
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1 eine
axiale Teilschnittansicht eines Wälzlagers mit der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungs-form,
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2 eine
zweite Ausführungsform der Dichtungsanordnung am Wälzlager,
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3 eine
dritte Variante der Dichtungsanordnung, und
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4 eine
vierte Ausführungsform der Dichtungsanordnung.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Wälzlager nach Art eines an sich bekannten Rillenkugellagers
mit einem ersten, radial inneren Lagerring 1 und einem
zweiten, radial äußeren Lagerring 2,
zwischen denen in Laufbahnen Wälzkörper 3 in
Form von Kugeln geführt sind. Die Wälzkörper 3 sind
von einem einschlägig bekannten Käfig 4 gehalten.
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Wie
der 1 weiter zeigt, ist axial beabstandet zu den Wälzkörpern 3 des
Wälzlagers ein weitestgehend scheibenförmig ausgebildetes
erstes Abdeckelement 5 angeordnet, welches innerhalb einer
Umfangsnut 6 des ersten Lagerrings 1, vorliegend
des Lagerinnenrings, form- und/oder kraftschlüssig gehalten,
vorzugsweise in dieselbe eingesprengt ist.
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Das
erste Abdeckelement 5 erstreckt sich in radialer Richtung
nach außen über die Stirnseite des zweiten Lagerrings 2 ohne
denselben radial oder axial zu berühren. Weiter überdeckt
das erste Abdeckelement 5 zum einen den zwischen den beiden
Lagerringen 1, 2 gebildeten Ringspalt und zum
anderen wenigstens teilweise die Stirnseite des zweiten, radial äußeren
Lagerrings 2.
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Wie
bereits oben erwähnt wurde, sind durch diesen konstruktiven
Aufbau des Wälzlagers im Bereich der Stirnseite des Lageraußenrings 2 wirkungsvolle
Labyrinthe geschaffen, die aufgrund der vom flüssigen Medium
zurückzulegenden, vergleichsweise langen Strecken vorteilhaft
mit Druckverlusten im Medium-Volumenstrom bzw. im Leckage-Volumenstrom
einhergehen und demgemäß ermöglichen,
den Durchfluss zwischen der Überdruckseite und der Niederdruckseite
des Wälzlagers zu minimieren.
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Aufgrund
der Tatsache, dass das erste Abdeckelement 5 in Richtung
zu den Wälzkörpern 3 topfförmig
geformt ausgebildet ist, ist dessen Steifigkeit vorteilhaft erhöht.
Weiterhin ist der erforderliche Bauraum minimiert, da sich der gebildete
Boden des topfförmigen ersten Abdeckelementes 5 axial
in den Freiraum des Ringspaltes zwischen den beiden Lagerringen 1, 2 hinein
erstreckt.
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Möglich
ist es jedoch auch und durch die Erfindung demgemäß mit
erfasst, dass sich das erste Abdeckelement 5 unter Vermeidung
einer radialen und axialen Berührung des zweiten, radial äußeren Lagerrings 2 in
eine zur Umfangsnut 6 in radialer Richtung gegenüberliegend
angeordnete Aussparung des zweiten Lagerrings 2 hinein
erstreckt, wodurch die vom Medium zurückzulegenden Strecken weiter
verlängert und demgemäß die Labyrinthe
hinsichtlich ihrer Dichtwirkung noch weiter verbessert sind (nicht
näher dargestellt).
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Des
Weiteren ist ein zweites, weitestgehend scheibenförmiges
Abdeckelement 7 vorgesehen, welches mit dem zweiten Lagerring 2,
vorliegend dem Lageraußenring, dichtend durch Form- und/oder Kraftschluss
oder auch durch Stoffschluss, beispielsweise mittels Schweißung,
verbunden ist und das erste Abdeckelement 5 stirnseitig
des Wälzlagers beziehungsweise außenseitig desselben überdeckt.
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Zweckmäßigerweise
ist das axial äußere, zweite Abdeckelement 7 innerhalb
einer ringförmigen Aussparung 8 des Lageraußenrings 2 gehalten
und erstreckt sich nach radial innen bis zu einer ringförmigen,
axialen Aussparung 9 des Lagerinnenrings 1 und
reicht in dieselbe axial hinein, ohne den ersten Lagerring 1 radial
und axial zu berühren.
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Hierdurch
ist die gewünschte Labyrinth-Dichtung noch weiter verbessert,
da die vom Medien-Volumenstrom zurückzulegende Strecke
noch weiter verlängert ist, indem dieser beim Eintritt
in das Wälzlager von radial innen nach radial außen
und wieder zurück nach radial innen strömen und
ferner äußerst geringe Spaltbreiten überwinden
muss.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet
sich von dem gemäß 1 lediglich
dadurch, dass das zweite Abdeckelement 7 statt in eine vorbereitete
Aussparung 9 des ersten Lagerrings 1 bis dicht
an ein zum ersten Lagerring 1 benachbartes und mit demselben
verbundenes Bauteil 10, beispielsweise eine das Wälzlager
tragende Welle, ohne dasselbe bzw. dieselbe und den ersten Lagerring 1 radial
und axial zu berühren, herangeführt ist, wodurch
ebenfalls ein äußerst schmaler Spalt geschaffen
ist, der von dem genannten Medien-Volumenstrom zu überwinden
ist. Durch sinnvolle Dimensionierung der genannten Spalte wird erreicht,
dass auch bei Druckschwankungen im Schmier- oder Druckmedium nur
ein kleiner, aber erwünschter Schmiermittelstrom durch
das Wälzlager geführt wird.
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Um
den oben bereits erwähnten Überdrücken,
welche überwiegend von außen auf das Wälzlager
und dessen Dichtungsanordnung wirken, wirkungsvoll und nachhaltig
begegnen zu können, kann das zweite Abdeckelement 7 durch
eine definierte Formgebung abschnittsweise am ersten Lagerring 1 abgestützt
sein.
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Wie
das Ausführungsbeispiel der 3 zeigt,
ist zur Bewerkstelligung einer derartigen Abstützung das
in 2 gezeigte zweite Abdeckelement 7 im
Bereich des ersten Lagerrings 1 bzw. Lagerinnenrings mit
zumindest einer zum ersten Lagerring 1 weisenden Auswölbung 11 versehen.
Diese zumindest eine Auswölbung 11 kann hierbei
ringförmig oder ringsegmentförmig oder auch örtlich
stark begrenzt, also beispielsweise punktförmig ausgebildet
sein.
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Um
dem Anspruch an eine berührungslose und demgemäß reibungsarme
Dichtung gerecht zu werden, weisen zumindest der Abstützungsbereich (Auswölbung 11)
des zweiten Abdeckelementes 7 und/oder des ersten Lagerrings 1 an
ihren Oberflächen nicht näher gezeigte Öltaschen
und/oder Mikrostrukturierungen zur Erzeugung eines hydrodynamischen
Schmierfilms auf.
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Demgegenüber
oder in Kombination mit der vorstehenden Maßnahme zur Steifigkeitserhöhung der
Dichtungsanordnung, insbesondere des radial äuße-ren
zweiten Abdeckelements 7, kann dasselbe im Hinblick auf
herkömmliche Abdeckelemente bzw. Abdeckscheiben eine erhöhte
Wandstärke aufweisen. Fernerhin können versteifende
Formgebungen in Form von Sicken, tangentia-len Rillen und/oder radialen
Stegen vorgesehen werden (nicht näher gezeigt).
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Derartige
versteifende Formgebungen lassen sich recht einfach bei der Herstellung
von Abdeckelementen 5, 7 aus Stahlblech durch
Tiefziehen und bei Abdeckelementen 5, 7 aus Kunststoff
im Spritzgussverfahren herstellen. Sicherlich sind auch andere günstige
Werkstoffe zur Herstellung der Abdeckelemente 5 und/oder 7,
wie beispielsweise Verbundwerkstoffe, für Anwendungsfälle
mit Medienüberdrücken möglich.
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Ebenso
kann es auch sinnvoll sein, das radial äußere,
zweite Abdeckelement 7 derart auszubilden, dass zwar eine
Verbiegung desselben infolge des einwirkenden Überdruckes
möglich ist, jedoch die maximale Biegung nur soweit reicht,
dass eine Berührung mit dem ersten Lagerring 1 (Lagerinnenring)
und dem mit demselben verbundenen Bauteil 10 (Welle) vermieden
wird.
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Einer
solchen nachteiligen Berührung kann beispielsweise begegnet
werden, indem der freie Scheibenabschnitt des zweiten Abdeckelementes 7 im
Ausgangszustand beziehungsweise drucklosen Zustand axial nach außen,
also vom Wälzlager weg gebogen ist (4) und erst
bei Anliegen eines Überdruckes in begrenztem Umfang axial
zum Wälzlager hin elastisch verformt wird.
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Die
oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele
stellen auf einen ersten Lagerring 1 in Form eines Lagerinnenrings
und auf einen zweiten Lagerring 2 in Form eines Lageraußenrings
ab. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese
Ausführungsbeispiele, sondern erfasst auch den umgekehrten
Fall, indem der erste Lagerring 1 durch den Lageraußenring
gebildet ist, an welchem sich das erste Abdeckelement 5 abstützt,
und der zweite Lagerring 2 durch den Lagerinnenring gebildet
ist, an welchem sich das äußere zweite Abdeckelement 7 abstützt, wobei
in Anlehnung an die 2 bis 4 das Bauteil 10 dann
durch beispielsweise ein den äußeren Lagerring
tragendes Lagergehäuse gebildet ist (nicht näher
dargestellt).
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- 1
- Erster
Lagerring
- 2
- Zweiter
Lagerring
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Käfig
- 5
- Erstes
Abdeckelement
- 6
- Umfangsnut
- 7
- Zweites
Abdeckelement
- 8
- Ringförmige
Aussparung (zweiter Lagerring 2)
- 9
- Ringförmige
Aussparung (erster Lagerring 1)
- 10
- Bauteil
- 11
- Auswölbung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4309813
A1 [0003]
- - DE 3212976 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Dubbel",
20. Auflage, S. G90 ff. [0002]