DE102008036223A1

DE102008036223A1 - Lageranordnung und Verfahren zur Montage einer montagefertigen Lagereinheit darin

Info

Publication number: DE102008036223A1
Application number: DE102008036223A
Authority: DE
Inventors: Tim LÖSCHNER
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-02
Filing date: 2008-08-02
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) zur Lagerung einer Welle (3) in einem Gehäuse (5) eines Getriebes oder eines Generators oder dergleichen, mit einer Welle (3), welche ein im Durchmesser (23) reduziertes Wellenende (7) aufweist, mit einer zwei zusammengebaute Wälzlager (11, 13) aufweisende montagefertigen Lagereinheit (9), die auf dem Wellenende (7) aufsitzt, wobei die Lagereinheit (9) mittels einer Axialfixierung (25) mit dem Wellenende (7) verschraubt ist, welche die Innenringe (15; 17, 19) der zwei zusammengebauten Wälzlager (11, 13) gegen einen durch die Durchmesserreduzierung (23) erzeugten Wellenbund (27) drückt, und bei dem die Lagereinheit (9) mit dem Gehäuse (5) verschraubt ist. Zur Schaffung einer besonders kostengünstig herzustellenden Lagereinheit ist vorgesehen, dass die Wälzlager als Zylinderrollenlager (11) und als 4-Punkt-Kugellager (13) ausgebildet sind, dass beide Wälzlager (11, 13) einen gemeinsamen Außenring (21) aufweisen, dass die Lageranordnung (1) mittels eines Deckels (31) verschlossen ist, welcher an dem gemeinsamen Außenring (21) festgeschraubt ist, und dass der gemeinsame Außenring (21) mit dem Gehäuse (5) verschraubt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung einer Welle in einem Gehäuse eines Getriebes oder eines Generators oder dergleichen, mit einer Welle, welche ein im Durchmesser reduziertes Wellenende aufweist, mit einer zwei zusammengebaute Wälzlager aufweisende montagefertigen Lagereinheit, die auf dem Wellenende aufsitzt, wobei die Lagereinheit mittels einer Axialfixierung mit dem Wellenende verschraubt ist, welche die Innenringe der zwei zusammengebauten Wälzlager gegen einen durch die Durchmesserreduzierung erzeugten Wellenbund drückt, und bei dem die Lagereinheit mit dem Gehäuse verschraubt ist.
Hintergrund der Erfindung
Lageranordnungen der hier in Rede stehenden Art sind an sich bekannt. Sie kommen beispielsweise bei Windkraftanlagen zum Einsatz und dienen dort zur Lagerung der Abtriebswelle eines Getriebes. Eine solche Getriebeabtriebswelle trägt Zahnräder, die über ihre Verzahnungen sowohl axiale als auch radiale Kräfte in diese Welle einleiten. Damit die Lageranordnung beide Kräfte aufnehmen und weiterleiten kann, ist es bekannt, als Lageranordnung eine Kombination von zwei Lagern vorzusehen, von denen das eine als Radiallager und das andere als Axiallager ausgebildet ist.
Eine diesbezügliche Lageranordnung ist aus der WO 2005/110032 A2 bekannt, bei der ein Zylinderrollenlager und ein Kugellager einzeln auf einen im Durchmesser reduzierten Endabschnitt der zu lagernden Welle aufgesteckt sind. Beide Wälzlager weisen einzelne Innenringe und einzelne Außenringe auf, wobei der nur Außenring des Zylinderrollenlagers oder beide Außenringe der beiden Wälzlager in ein Gehäuse eingesteckt sind. Ein an die Stirnseite der Welle angeschraubte Befestigungsscheibe oder eine dort aufgeschraubte Befestigungsmutter verspannt die Innenringe der beiden Wälzlager mit definierter Vorspannkraft gegen einen Radialbund an der Welle. Ein Deckel verschließt die Lagereinheit mittels einer Verschraubung am Gehäuse und drückt dabei mit einer axial innen gelegenen Ringfläche axial an den Außenring des Kugellagers. Diese aus Zylinderrollenlager und Kugellager bestehende Lageranordnung ist nicht vormontierbar sondern nur auf dem Wellenende zusammenbaubar.
Bei dieser Lageranordnung tritt das Problem auf, dass das Vorsehen zweier separater Lager die Montage der Lageranordnung erschwert. Dies gilt besonders dann, wenn die Lageranordnung nicht beim Hersteller, sondern beim Anwender, also beispielsweise vor Ort in einer Windkraftanlage, montiert wird.
Eine Weiterentwicklung zu der gerade beschriebenen Lageranordnung ist ebenfalls aus der WO 2005/110032 A2 bekannt. Diese Lageranordnung weist ein Schrägkugellager und ein Kegelrollenlager auf, die jeweils über eigene Innenringe und Außenringe verfügen. Zur Bildung einer beide Wälzlager umfassenden vormontierbaren Lagereinheit ist der Außenring des Schrägkugellagers über eine Druckschraube mit dem Außenring des Kegelrollenlagers verspannt. Zudem sind die Innenringe der beiden Wälzlager über einen Verbindungsring radial innen miteinander verbunden. Die Befestigung der so gebildeten separaten Lagereinheit an einem Gehäuse, beispielsweise einem Getriebegehäuse der Windkraftanlage, erfolgt mittels Befestigungsschrauben, die durch Bohrungen in dem Außenring des Kegelrollenlagers hindurchführbar sind.
Wenngleich diese Konstruktion die Herstellung einer montagefertigen Lagereinheit vorteilhaft ermöglicht, so wird deren Aufbau dennoch als nachteilig beurteilt. Dies liegt vor allem daran, dass beide Wälzlager jeweils einen Innenring und einen Außenring aufweisen. Zudem ist die montagefertige Lagereinheit axial nur durch ein ringförmiges Dichtmittel geschützt, welches zwischen axiale Fortsätze des Außenringes des Kegelrollenlagers und des Innenringes des Schrägkugellagers eingeklemmt ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße vormontierbare Lageranordnung mit zwei Wälzlagern vorzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und deren Montage an eine Welle vor Ort beim Anwender einfach ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Lageranordnung gemäß der WO 2005/110032 A2 zur Lagerung einer Welle in einem Gehäuse eines Getriebes oder eines Generators oder dergleichen, mit einer Welle, welche ein im Durchmesser reduziertes Wellenende aufweist, mit einer zwei zusammengebaute Wälzlager aufweisende montagefertigen Lagereinheit, die auf dem Wellenende aufsitzt, wobei die Lagereinheit mittels einer Axialfixierung mit dem Wellenende verschraubt ist, welche die Innenringe der zwei zusammengebauten Wälzlager gegen einen durch die Durchmesserreduzierung erzeugten Wellenbund drückt, und bei dem die Lagereinheit mit dem Gehäuse verschraubt ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass die Wälzlager als Zylinderrollenlager und als 4-Punkt-Kugellager ausgebildet sind, dass beide Wälzlager einen gemeinsamen Außenring aufweisen, dass die Lageranordnung mittels eines Deckels verschlossen ist, welcher an dem gemeinsamen Außenring festgeschraubt ist, und dass der gemeinsame Außenring mit dem Gehäuse verschraubt ist.
Die erfindungsgemäße montagefertige Lagereinheit ist wegen einer reduzierten Anzahl von Einzelteilen kostengünstig und einfach herstellbar sowie beim Anwender, etwa bei einem Austausch der Lager, leicht auf einer Welle zu montieren. Da die Lager in der montagefertigen Lagereinheit in fester Raumlage zueinander stehen, verringert sich für den Anwender zudem auch das Problem des Einstellens des Spieles an den Lagern vor Ort. Außerdem bietet der an den gemeinsamen Außenring anschraubbare Deckel einen optimalen Schutz gegen das Eindringen von unerwünschten Fremdstoffen und verhindert das Austreten von Schmierstoff.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Lager in der Lageranordnung nicht auf zwei beschränkt sein muss. Lageranordnungen mit drei oder mehr Lagern sind möglich und bei speziellen Anwendungen auch praktikabel.
Um eine möglichst reibungsarme Lagerung der Welle in der montagefertigen Lagereinheit zu ermöglichen, kann ein Schmiermittel in das Innere der montagefertigen Lagereinheit eingeführt werden, das der Schmierung der Wälzlager dient. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mindestens einen Schmiermittelkanal im gemeinsamen Außenring ausgebildet ist, der in den Raum axial zwischen den beiden Reihen der Wälzkörper von Zylinderrollenlager und 4-Punkt-Kugellager mündet. Diese Ausgestaltung stellt eine optimale Zuführung des Schmiermittels zu den Lagern sicher.
Gelöst werden die Aufgaben der Erfindung zudem durch ein Verfahren zur Montage einer montagefertigen Lagereinheit in einer Lageranordnung der hier in Rede stehenden Art, wobei das Verfahren durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet ist:

– in einem ersten Schritt erfolgendes Aufsetzen der montagefertigen Lagereinheit mit ihren Innenringen an einem von der Lageranordnung aufgenommenen Wellenende mit reduziertem Durchmesser,
– in einem zweiten Schritt erfolgendes Befestigen eines gemeinsamen Außenringes der Lagereinheit an einem Gehäuse mittels einer Schraubverbindung,
– in einem dritten Schritt erfolgendes Verbinden des Wellenendes mit der Lagereinheit mittels einer Axialfixierung,
– in einem vierten Schritt erfolgendes Befestigen der Axialfixierung an der Welle mittels einer Schraubverbindung,
– in einem fünften Schritt erfolgendes Verschließen der Lageranordnung mittels eines Deckeis, und
– in einem sechsten Schritt erfolgendes Befestigen des Deckels mittels einer Schraubverbindung an dem gemeinsamen Außenring der Lagereinheit.

Die vorliegende Erfindung stellt mithin eine Lageranordnung und ein Verfahren zur Montage einer montagefertigen Lagereinheit bereit, bei denen die Montage wie auch die Einstellung des Lagerspieles vor Ort beim Anwender einfacher als bei den eingangs geschilderten bekannten Lageranordnung sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung, und
2 bis 8 die Montageschritte eines erfindungsgemäßes Verfahrens zur Montage einer montagefertigen Lagereinheit bei der Lageranordnung der 1.
Detailbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Lageranordnung 1 im schematischen Längsschnitt. Die Lageranordnung 1 dient der Lagerung einer Welle 3 in einem Gehäuse 5 eines Getriebes einer nicht dargestellten Windkraftanlage. Die Welle 3 erstreckt sich entlang einer Erstreckungsachse A und weist ein Wellenende 7 auf, das in dem Gehäuse 5 der Lageranordnung 1 aufgenommen ist. Dieses Wellenende 7 ist gegenüber dem daran anschließenden Teil der Welle 3 im Durchmesser 23 reduziert, wodurch ein radialer Wellenbund 27 ausgebildet ist. Diese Welle 3 ist Teil einer Getriebewelle, auf der Zahnräder sitzen. Die resultierenden Verzahnungskräfte an den Zahnrädern belasten die Lagerstellen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Gehäuse 5 auch um das Gehäuse eines Generators der Windkraftanlage handeln kann.
An dem Wellenende 7 der Welle 3 sitzt eine montagefertige Lagereinheit 9 auf, die beim Hersteller derselben zusammengebaut wird und vor Ort, also in diesem Beispiel in der Gondel einer Windkraftanlage, auf das genannten Wellenende 7 montiert wird. Diese montagefertige Lagereinheit 9 verfügt über ein Zylinderrollenlager 11 und ein 4-Punkt-Kugellager 13, wobei das Zylinderrollenlager 11 mit seinem Innenring 15 unmittelbar an den Wellenbund 27 anliegt. Das 4-Punkt-Kugellager 13 verfügt über zwei Innenringe 17 und 19, von denen ein Innenring 17 stirnseitig an dem Innenring 15 des Zylinderrollenlagers 11 anliegt und der zweite Innenring 19 mit etwas Übermaß im Bereich der Stirnseite des Wellenendes 7 endet. Zur Reduzierung der Herstellkosten der Lagereinheit 9 verfügt diese über nur einen, gemeinsamen Außenring 21 für beide Wälzlager 11, 13.
Die vormontierte Lagereinheit 9 wird bei ihrer Montage auf das Wellende 7 aufgesteckt und anschließend mittels einer als kreisrunde Platte oder als Ring ausgebildeten Axialfixierung 25 gegen eine Axialbewegung auf dem Wellenende 7 gesichert. Dazu wird die Axialfixierung 25 mittels einer Schraubverbindung 29 an der Stirnseite der Welle 3 befestigt. Die Schraubverbindung 29 zwischen der Axialfixierung 25 und der Welle 3 ist durch mindestens eine Gewindebohrung 30, die in das Wellenende 7 der Welle 3 eingebracht ist, und mindestens einem Schraubbolzen 32, der in die Gewindebohrung 30 eingeschraubt ist, gebildet.
Das erwähnte geringe axiale Übermaß der Innenringe 15, 17 und/oder 19 bewirkt dabei, dass diese Innenringe 15, 17, 19 in gewünschtem Maße gegen den Wellenbund 27 vorgespannt werden können. Die Befestigung der vormontierten Lagereinheit 9 an dem Gehäuse 5 erfolgt ebenfalls mittels einer Schraubverbindung 39, wobei Schraubbolzen 41 durch Bohrungen 43 in dem gemeinsamen Außenring 21 geführt und in dem Gehäuse 5 festgeschraubt sind.
Die Lageranordnung 1 weist zudem einen Deckel 31 auf, der die Lageranordnung 1 verschließt, um die montagefertige Lagereinheit 9 vor dem Eindringen von Fremdstoffen und dem Austritt von Schmierstoff zu schützen. Der Deckel 31 ist mittels einer Schraubverbindung 33 an der montagefertigen Lagereinheit 9 befestigt. Die Schraubverbindung 33 zwischen dem Deckel 31 und der montagefertigen Lagereinheit 9 wird von einer Mehrzahl von Gewindebohrungen 35 in dem gemeinsamen Außenring 21 und einer Mehrzahl von dort eingeschraubten Schraubbolzen 37 gebildet.
Die oben bereits erwähnte Befestigung der montagefertigen Lagereinheit 9 an dem Gehäuse 5 ist mittels einer Schraubverbindung 39 verwirklicht, die von einer Mehrzahl von Gewindebohrungen 41 in dem Gehäuse 5 und dem gemeinsamen Außenring 21 sowie einer Mehrzahl von Schraubbolzen 43 gebildet ist, die in die jeweils zugehörigen Gewindebohrungen 41 eingeschraubt sind.
Die montagefertige Lagereinheit 9 verfügt außerdem über einen Schmiermittelkanal 45 im gemeinsamen Außenring 21, durch den beiden Wälzlagern 11 und 13 ein Schmiermittel zuführbar ist. Der Schmiermittelkanal 45 mündet in der montagefertigen Lagereinheit 9 zwischen den beiden Wälzlagern 11, 13, wodurch diese gleichmäßig mit Schmiermittel versorgt werden können.
Aus alledem wird deutlich, dass die montagefertige Lagereinheit 9, da sie weniger einzeln an den Anwender zu liefernde Elemente umfasst, beim Anwender leichter zu montieren ist.
Die 2 bis 8 zeigen Verfahrensschritte zur Montage der montagefertigen Lagereinheit 9 der 1 auf einem Ende 7 einer Welle 3 sowie deren Befestigung an einem Gehäuse 5. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist der Schmiermittelkanal 45 in den 2 bis 8 nicht dargestellt.
2 zeigt die Lageranordnung 1 im Ausgangszustand vor der Montage der montagefertigen Lagereinheit 9 auf dem im Durchmesser 23 reduziert ausgebildeten Wellenende 7 der Welle 3 in dem Gehäuse 5.
3 zeigt einen Zustand bei der Montage der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem ersten Schritt erfolgte ein Aufsetzen der montagefertigen Lagereinheit 9 an dem von der Lageranordnung 1 aufgenommenen Wellenende 7. Die Innenringe 15, 17 und 19 der beiden als Zylinderrollenlager 11 und 4-Punkt-Kugellager 13 ausgebildeten Wälzlager sind dabei auf dem Wellenende 7 bis zu dem Wellenbund 27 aufgeschoben und der gemeinsame Außenring 21 dieser beiden Wälzlager 11, 13 ist in das Gehäuse 5 eingesteckt.
4 veranschaulicht einen Zustand der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein zweiter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem zweiten Schritt erfolgte ein Befestigen der montagefertigen Lagereinheit 9 an dem Gehäuse 5 mittels der Schraubverbindung 39. Hierbei wurden die Schraubbolzen 43 durch Bohrungen in dem gemeinsamen Außenring 21 gesteckt und in die jeweils zugehörigen Gewindebohrungen 41 des Gehäuses 5 eingeschraubt.
5 zeigt einen Zustand bei der Montage der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein dritter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem dritten Schritt erfolgte ein Ansetzen der als Platte 27 ausgebildeten Axialfixierung 25 an das Wellenende 7 mit der montagefertigen Lagereinheit 9.
6 veranschaulicht einen Zustand der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein vierter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem vierten Schritt erfolgte ein Befestigen der Axialfixierung 25 an der Stirnseite der Welle 3 mittels der Schraubverbindung 29. Hierbei wurde wenigstens ein Schraubbolzen 32 in die zugehörige Gewindebohrung 30 in dem Wellenende 7 der Welle 3 eingeschraubt. Das Einschrauben des wenigstens einen Schaubbolzens 32 erfolgte derart, dass die Innenringe 15, 17 und 19 von Zylinderrollenlager 11 und 4-Punkt-Kugellager 13 mit einer gewünschten Vorspannung auf dem Wellenende 7 befestigt sind, wodurch das Lagerspiel eingestellt ist.
7 zeigt einen Zustand bei der Montage der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein fünfter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem fünften Schritt erfolgte ein Verschließen der Lageranordnung 1 mittels des Deckels 31. Der Deckel 31 wurde hierbei an die Stirnseite des gemeinsamen Außenringes 21 aufgesetzt.
8 schließlich zeigt einen Zustand der montagefertigen Lagereinheit 9, nachdem ein sechster und letzter Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt worden ist. Bei diesem sechsten Schritt erfolgte ein Befestigen des Deckels 31 mittels einer Schraubverbindung 33. Hierbei wurden Schraubbolzen 37 durch Bohrungen im Deckel 31 gesteckt und in jeweils zugehörigen Gewindebohrungen 35 in dem gemeinsamen Außenring 21 eingeschraubt.
Aus alledem wird deutlich, dass durch die Erfindung ein Verfahren bereitgestellt wird, durch das eine einfache Montage der montagefertigen Lagereinheit 9 in der Lageranordnung wie auch ein problemfreies Einstellen des Spieles an den Lagern möglich wird.

1: Lageranordnung
3: Welle
5: Gehäuse
7: Axiales Ende der Welle 3
9: Montagefertige Lagereinheit
11: Zylinderrollenlager
13: Kugellager
15: Innenring des Zylinderrollenlagers
17: Innenring des Kugellagers
19: Innenring des Kugellagers
21: Gemeinsamer Außenring beider Wälzlager
23: Reduzierter Wellendurchmesser
25: Axialfixierung, Platte
27: Bund an der Welle
29: Schraubverbindung zwischen Axialverbindung 25 und Wellenende 7
30: Gewindebohrung der Schraubverbindung 29
31: Deckel
32: Schraubbolzen der Schraubverbindung 29
33: Schraubverbindung zwischen Deckel 31 und Außenring 21
35: Gewindebohrungen der Schraubverbindung 33
37: Schraubbolzen der Schraubverbindung 33
39: Schraubverbindung zwischen Außenring 21 und Gehäuse 5
41: Gewindebohrungen im Außenring 21
43: Schraubbolzen der Schraubverbindung 39
45: Schmiermittelkanal
A: Erstreckungsachse der Welle 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/110032 A2 [0003, 0005, 0008]

Claims

Lageranordnung (1) zur Lagerung einer Welle (3) in einem Gehäuse (5) eines Getriebes oder eines Generators oder dergleichen, mit einer Welle (3), welche ein im Durchmesser (23) reduziertes Wellenende (7) aufweist, mit einer zwei zusammengebaute Wälzlager (11, 13) aufweisende montagefertigen Lagereinheit (9), die auf dem Wellenende (7) aufsitzt, wobei die Lagereinheit (9) mittels einer Axialfixierung (25) mit dem Wellenende (7) verschraubt ist, welche die Innenringe (15; 17, 19) der zwei zusammengebauten Wälzlager (11, 13) gegen einen durch die Durchmesserreduzierung (23) erzeugten Wellenbund (27) drückt, und bei dem die Lagereinheit (9) mit dem Gehäuse (5) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlager als Zylinderrollenlager (11) und als 4-Punkt-Kugellager (13) ausgebildet sind, dass beide Wälzlager (11, 13) einen gemeinsamen Außenring (21) aufweisen, dass die Lageranordnung (1) mittels eines Deckels (31) verschlossen ist, welcher an dem gemeinsamen Außenring (21) festgeschraubt ist, und dass der gemeinsame Außenring (21) mit dem Gehäuse (5) verschraubt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einen Schmiermittelkanal (45) im gemeinsamen Außenring (21) ausgebildet ist, der in den Raum axial zwischen den beiden Reihen der Wälzkörper von Zylinderrollenlager (11) und 4-Punkt-Kugellager (13) mündet.
Verfahren zur Montage einer montagefertigen Lagereinheit (9) in einer Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte: – in einem ersten Schritt erfolgendes Aufsetzen der montagefertigen Lagereinheit (9) mit ihren Innenringen (15; 17, 19) an einem von der Lageranordnung (1) aufgenommenen Wellenende (7) mit reduziertem Durchmesser (23), – in einem zweiten Schritt erfolgendes Befestigen eines gemeinsamen Außenringes (21) der Lagereinheit (9) an einem Gehäuse (5) mittels einer Schraubverbindung (39), – in einem dritten Schritt erfolgendes Verbinden des Wellenendes (7) mit der Lagereinheit (9) mittels einer Axialfixierung (25), – in einem vierten Schritt erfolgendes Befestigen der Axialfixierung (25) an der Welle (3) mittels einer Schraubverbindung (29), – in einem fünften Schritt erfolgendes Verschließen der Lageranordnung (1) mittels eines Deckels (31), und – in einem sechsten Schritt erfolgendes Befestigen des Deckels (31) mittels einer Schraubverbindung (33) an dem gemeinsamen Außenring (21) der Lagereinheit (9).