DE102008051434A1

DE102008051434A1 - Taumellagerung

Info

Publication number: DE102008051434A1
Application number: DE200810051434
Authority: DE
Inventors: Bert Rosenheinrich; Jörg Schuh
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Taumellagerung (1), beispielsweise zum Einsatz in einer Axialkolbenpumpe, mit wenigstens einem Taumelkörper (2) und wenigstens einer Druckscheibe (6), die mittels Wälzkörper (7) gegeneinander gelagert sind, wobei der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) durch Haltemittel zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind. Um die Taumellagerung (1) als verliersichere Baueinheit auszubilden, deren Taumelkörper (2) und Druckscheibe (6) im Betrieb gegeneinander verdrehbar sind und bei der ein im Bereich der Wälzkörper (7) angeordnetes Schmierfett (22) dort nach außen abgedichtet aufgenommen ist, sieht die Erfindung vor, dass der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) an ihren radial äußeren Enden scheibenförmig, also ohne axial ausgerichtete Abschnitte, ausgebildet sind, dass der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) an ihren radial äußeren Enden axial entgegengesetzt ausgerichtete ringförmige Einsenkungen (10, 11) aufweisen und dass das Haltemittel zum Verbinden von Taumelkörper (2) und Druckscheibe (6) durch eine den Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) axial und radial außen umgreifende Hülse (12) gebildet ist, welche mit ihren radial nach innen weisenden endseitigen Schenkeln (13, 14) in eine Einsenkung (11) eingreift und die andere Einsenkung (10) axial sowie radial nach innen übergreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Taumellagerung, beispielsweise zum Einsatz in einer Axialkobenpumpe, mit wenigstens einem Taumelkörper und wenigstens einer Druckscheibe, die mittels Wälzkörper gegeneinander gelagert sind, wobei der Taumelkörper und die Druckscheibe durch Haltemittel zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, dass Taumellagerungen in Axialkolbenpumpen eingesetzt werden, welche beispielsweise in Hochdruckreinigungsgeräten eingebaut sind. In aller Regel ist eine Taumellagerung dreiteilig aufgebaut und umfasst einen topf- oder becherförmigen Taumelkörper, der über eine Wälzlagerung drehbar mit einer Druckscheibe in Wirkkontakt steht. Die Wälzlagerung ist zumeist als Kugellager ausgebildet, andere Bauformen (beispielsweise Rollenlager) sind jedoch auch möglich. Der Taumelkörper ist vorteilhaft beispielsweise im Tiefziehverfahren aus einer Blechplatine hergestellt. Im montierten Zustand ist der Taumelkörper mit der Antriebswelle eines Motors in geeigneter Weise drehfest verbunden und befindet sich in einem geeigneten, abgedichteten und ölgefüllten Pumpengehäuse.
Die Druckscheibe, welche in ihrer Mitte eine mehr oder weniger große Öffnung aufweisen kann, steht im montierten Zustand mit ihrer Flächen-Orthogonalen in einem bestimmten Winkel zur Längsachse der Antriebswelle des Motors. Ferner steht die Druckscheibe in der Regel stirnseitig mit mehreren Kolben in Wirkkontakt, wobei bei einer Rotationsbewegung der Motorantriebswelle und damit des Taumelkörpers die Flächen-Orthogonale der Druckscheibe in eine taumelnde (oszillierende) Bewegung gebracht und die wiederum mit dieser in Wirkkontakt stehenden Axialkolben zu einer axialen, oszillierenden Bewegung gezwungen werden. Da die Axialkolben Bestandteile von zusammenwirkenden Kolben-Zylinder-Anordnungen sind, wird durch diese ein Volumenstrom des zu fördernden Mediums in Gang gesetzt. Die Rückstellung der Axialkolben zur Gewährleistung eines ständigen stirnseitigen Kontaktes mit der Druckscheibe wird dabei meistens über geeignete Schraubendruckfedern bewerkstelligt.
In der DE 10 2005 058 072 A1 wird eine gattungsgemäße Taumellagerung beschrieben. Deren Taumelkörper ist dabei als Umformteil aus Blech gefertigt und mit angeformten Rastnasen versehen, welche die Druckscheibe von radial innen übergreifen und diese somit unverlierbar halten. Die Druckscheibe ist gleichzeitig auch als Lageraußenring eines ersten Wälzlagers ausgebildet, welches zur Lagerung der Druckscheibe gegenüber dem Taumelkörper dient. Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Taumelkörpers ist ein zweites Wälzlager zur Lagerung des Taumelkörpers gegenüber einem Gehäuse vorgesehen, deren Lageraußenring in gleicher Weise rastend und unverlierbar mit dem Taumelkörper verbunden ist. Der Taumelkörper bildet für beide Wälzlager gleichzeitig den Lagerinnenring aus. Die so geschaffene Baueinheit ist in der Druckschrift als Druckscheibengetriebe bezeichnet.
Aus der DE 10 2005 058 071 A1 ist ebenso eine als Druckscheibengetriebe bezeichnete Baueinheit bekannt. Hierbei sind ebenfalls zwei Wälzlager zu beiden Seiten des Taumelkörpers unverlierbar an diesem gehalten. Allerdings wird die unverlierbare Halterung der Lageraußenringe (von denen einer gleichzeitig die Druckscheibe bildet) jeweils durch Zwischenschaltung von gesonderten Lagerinnenringen realisiert, die ihrerseits rastend mit dem Taumelkörper verbunden sind. Ferner sind aus der DE 197 38 813 B4 , der DE 42 05 859 A1 und der EP 1 045 989 B1 Taumellagerungen bekannt. Diese sind jedoch nicht als Baueinheit ausgeführt und benötigen daher einen etwas erhöhten Montageaufwand im Einsatzfall.
Allen oben beschriebenen Taumellagerungen ist gemeinsam, dass deren Betrieb in einem Ölbad erfolgt, so dass das Pumpengehäuse demzufolge aufwendig gegen einen Ölaustritt abgedichtet werden muss. Bei vielen Anwendungsfällen sind die Anforderungen an die Lebensdauer der Taumellagerung jedoch reduziert und es kann auf einen Betrieb in Öl mit einer aufwendigen Dichtung die Herstellkosten reduzierend verzichtet werden. Bei diesen Fällen reicht in der Regel eine Schmierung mit einen geeigneten Fett aus.
So ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 014 974.8 eine als Baueinheit ausgebildete Taumellagerung bekannt, die beispielsweise in Axialkolbenpumpen eingesetzt werden kann. Diese Taumellagerung weist einen Taumelkörper und eine Druckscheibe auf, zwischen denen vollkugelig, also ohne Käfig, Wälzkörper angeordnet sind. Zur Schaffung einer unverlierbaren Baueinheit aus Taumelkörper, Wälzkörper und Druckscheibe übergreift der Taumelkörper die Druckscheibe radial außen mittels einer umlaufenden Bördelung, wobei diese Bördelung so ausgebildet ist, dass die genannten Bauteile zwar zueinander beweglich angeordnet sind, jedoch dennoch eine dichtende Wirkung im Hinblick ein Schmiermittel im Bereich der Wälzkörper erreicht wird. Die Bördelung des Taumelkörpers und die zugeordnete Kontaktfläche der Druckscheibe sind dazu beispielsweise als Labyrinthdichtung ausgebildet.
Als nachteilig bei dieser bekannten Taumellagerung wird beurteilt, dass die die Laufbahnen für die Wälzkörper bildenden Bauteile geometrisch stark unterschiedlich ausgebildet sind, welches deren Herstellkosten erhöht. Zudem erfordert die Umbördelung des Taumelkörpers zur Halterung der Druckscheibe eine hohe Herstellgenauigkeit, wobei darauf zu achten ist, dass die Geometrie der unmittelbar benachbarten Laufbahnen für die Wälzkörper nicht beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiterentwickelte Taumellagerung bereitzustellen, die ähnlich wie die aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2008 014 974.8 bekannte Taumellagerung als eine verliersichere Einheit aufgebaut ist, jedoch kostengünstiger und prozesssicherer als letztere herstellbar ist, und eine gute Dichtfunktion für ein im Bereich der Wälzkörper angeordnetes Schmiermittel besitzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mittels einer Klemmhülse eine kompakte und für den Kunden montagefreundliche Taumellagerungseinheit realisiert werden kann, die kostengünstig herstellbar ist.
Gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs geht die Erfindung daher aus von einer Taumellagerung, beispielsweise zum Einsatz in einer Axialkobenpumpe, mit wenigstens einem Taumelkörper und wenigstens einer Druckscheibe, die mittels in Laufbahnen geführten Wälzkörpern gegeneinander gelagert sind, wobei der Taumelkörper und die Druckscheibe durch Haltemittel zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung weiter vor, dass der Taumelkörper und die Druckscheibe an ihren radial äußeren Enden scheibenförmig, also ohne axial ausgerichtete Abschnitte ausgebildet sind, dass der Taumelkörper und die Druckscheibe an ihren radial äußeren Enden axial entgegengesetzt ausgerichtete ringförmige Einsenkungen oder Einprägungen aufweisen, und dass das Haltemittel zum Verbinden von Taumelkörper und Druckscheibe durch eine den Taumelkörper und die Druckscheibe axial und radial außen umgreifende Hülse gebildet ist, welche mit ihren radial nach innen weisenden endseitigen Schenkeln in eine Einsenkung eingreift und die andere Einsenkung axial sowie radial nach innen übergreift.
Diese Taumellagerung ist kostengünstig herstellbar und ermöglicht eine gute radiale Abdichtung desjenigen Bereiches der Taumellagerung, in dem ein Schmierfett zur Schmierung der Wälzkörper angeordnet ist. Dabei kann die Druckscheibe in ihrem offenen inneren Bereich noch zusätzlich mit einem Verschlussstopfen zur weiteren Abdichtung ausgebildet werden. Außerdem ermöglicht das als Hülse ausgebildete Haltemittel die geforderte Bildung einer verliersicheren Baueinheit, bestehend aus Taumelkörper, Wälzkörper und Druckscheibe, die zudem drehbar gegeneinander angeordnet sind. Schließlich braucht das radiale Ende des Taumelkörpers zur Ausbildung eines Haltemittels nicht wie bei der Taumellagerung nach der DE 10 2008 014 974.8 axial umgebogen werden, wodurch der Taumelkörper radial außen insgesamt plan bleibt und die Geometrie der Wälzkörperlaufbahn an dem Taumelkörper nicht negativ beeinflusst wird.
Eine Ausgestaltung dieses erfinderischen Konstruktionsprinzips sieht vor, dass die von der Hülse axial und radial übergriffene Einsenkung an der Druckscheibe oder an dem Taumelkörper ausgebildet sein kann. Die konkrete Auswahl, welcher der beiden Bauteile der Taumellagerung die genannte Einsenkung aufweist, hängt von den jeweils vorliegenden baulichen Randbedingungen der Taumellagerung ab.
Weiter ist vorgesehen, dass der die eine Einsenkung axial sowie radial nach innen übergreifende Hülsenschenkel mittels einer Presspassung an dem jeweiligen Taumellagerbauteil, also dem Taumelkörper oder der Druckscheibe, axial sowie radial fest anliegt.
Hinsichtlich der axial gegenüber liegenden Einsenkung an dem jeweils anderen Taumellagerbauteil (Taumelkörper oder Druckscheibe) ist vorgesehen, dass der in diese Einsenkung eingreifende Hülsenschenkel eine geringere Dicke aufweist als der die andere Einsenkung übergreifende Hülsenschenkel. Hier durch wird erreicht, dass sich der in diese Einsenkung eingreifende Hülsenschenkel beim Verbinden von Taumelkörper, Wälzkörper und Druckscheibe leicht nach radial innen umbördeln bzw. anclipsen lässt, und im umgebördelten bzw. angeclipsten Zustand nicht die gesamte axiale Tiefe der zugeordneten Einsenkung einnimmt.
In Weiterbildung des zuletzt genannten Merkmals der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die axiale Länge der Hülse, die Dicke des in die Einsenkung eingreifenden Hülsenschenkels und die axiale Tiefe dieser Einsenkung derartig bemessen sind, dass der in dieser Einsenkung angeordnete Hülsenschenkel bei der Einwirkung einer betriebsbedingten Axiallast auf die Taumellagerung unter Bildung eines Spaltes von dem Boden der Einsenkung abhebt und ein reibungsarmes oder reibungsfreies Verdrehen von Taumelkörper und Druckscheibe gegeneinander ermöglicht.
Schließlich wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn die Taumellagerung gemäß der Erfindung vollkugelig, also ohne Wälzkörperkäfig ausgebildet ist, wodurch sich die Bildung von Käfigabrieb vermeiden sowie eine größere Tragzahl bei besserer Axiallastverteilung der Taumellagerung erzielen lässt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Taumellagerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen teilweisen schematischen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe mit einem antreibenden Elektromotor und einer erfindungsgemäß ausgebildeten Taumellagerung, und
2 eine Ausschnittsvergrößerung A der erfindungsgemäß ausgebildeten Taumellagerung gemäß 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen einen teilweisen schematischen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe, bei der in einem nicht dargestellten Gehäuse eine käfiglose Taumellagerung 1 angeordnet ist, welche von einem Elektromotor 18 antreibbar ist und selbst mittels ihrer motorfernen Stirnseite 17 Kolbenstangen 15 von nicht dargestellten Kolben der Axialkolbenpumpe antreiben kann.
Die Taumellagerung 1 umfasst zunächst einen Taumelkörper 2, der einen radial inneren Abschnitt 3 und einen radial äußeren Abschnitt 4 aufweist. Im radial inneren Abschnitt 3 ist eine zentral angeordnete Bohrung 5 zur Aufnahme einer Antriebswelle 16 des Elektromotors 18 ausgebildet, wobei die Antriebswelle 16 eine Axialverzahnung 19 aufweist, die in eine nicht sichtbare Axialverzahnung der Druckscheibenbohrung 5 drehfest eingreift.
Der zum radial inneren Abschnitt 3 des Taumelkörpers 2 axial versetzt angeordnet radial äußere Abschnitt 4 derselben weist an seiner motorfernen und radial äußeren Stirnseite eine Laufbahn 9 zur Aufnahme und Führung von als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 7 auf.
Die Druckscheibe 6 ist vollständig scheibenförmig ausgebildet und weist an ihrer motornahen Stirnseite ebenfalls eine Laufbahn 8 zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper 7 auf. Auf die motorferne Stirnseite 17 wirken Kolbenstangen 15 der Axialkolbenpumpe mit einer Axialkraft F, deren in Zylindern geführte Kolben zur besseren Übersicht nicht dargestellt sind. Wenngleich die Druckscheibe 6 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine vergleichsweise große zentral Öffnung aufweist, so ist diese zumindest in dieser Abmessung nicht erforderlich, denn diese begünstigt zumindest tendenziell den Austritt von Schmierfett 22 aus dem Bereich der Wälzkörper 7.
Sowohl der Taumelkörper 2 als auch die Druckscheibe 6 sind abweichend von Taumellagerungen aus dem Stand der Technik demnach ohne axial ausgerichtete Abschnitte ausgebildet.
Der Taumelkörper 2 und die Druckscheibe 6 sind unter Einschluss der Wälzköper 7 durch eine radial außen angeordnete Hülse 12 verliersicher sowie drehbar miteinander verbunden. Zudem sorgt diese Hülse 12 dafür, dass Schmierfett 22 der Taumellagerung 1 nach radial außen nicht bzw. unter Fliehkrafteinwirkung nur in sehr geringer Menge verlassen kann.
Wie insbesondere 2 verdeutlicht, weisen der Taumelkörper 2 und die Druckscheibe 6 im Bereich ihrer radialen Enden jeweils axial entgegengesetzt ausgerichtete ringförmige Einsenkungen 10 bzw. 11 auf, die eine vorteilhafte Verbindung dieser beiden Bauteile 2 und 6 mittels der Hülse 12 ermöglichen. Die Hülse 12 umklammert den Taumelkörper 2 und die Druckscheibe 6 radial außen derartig, dass deren radial nach innen weisender endseitiger Schenkel 13 in die Einsenkung 11 des Taumelkörpers 2 eingreift und der axial gegenüber liegende Schenkel 14 die Einsenkung 10 der Druckscheibe 6 axial sowie radial nach innen übergreift. Der die Einsenkung 10 übergreifende Hülsenschenkel 14 liegt dabei mittels einer Presspassung an der Druckscheibe 6 axial sowie radial an, so dass die Hülse 12 und die Druckscheibe 6 weitgehend fest miteinander verbunden sind.
Der in die Einsenkung 11 des Taumelkörpers 2 eingreifende Hülsenschenkel 13 weist eine geringere Dicke D auf als der die andere Einsenkung 10 übergreifende Hülsenschenkel 14, so dass der erstgenannte Hülsenschenkel 13 unter Bildung eines Radialspaltes 21 zum Taumelkörper 2 beim verliersicheren Verbinden von Taumelkörper 2 und Druckscheibe 6 mit vergleichsweise geringen mechanischen Kräften an dem Taumelkörper 2 umgebördelt oder aufgeclipst werden kann.
2 verdeutlicht für den Fall einer betriebsbedingt auf die Taumellagerung 1 einwirkenden Axialkraft F, dass die axiale Länge L der Hülse 12, die Dicke D des in die Einsenkung 11 des Taumelkörpers 2 eingreifenden Hülsenschenkels 13 und die axiale Tiefe T dieser Einsenkung 11 derartig bemessen sind, dass der in dieser Einsenkung 11 angeordnete Hülsenschenkel 13 bei der Einwirkung einer betriebsbedingten Axialkraft F auf die Taumellagerung 1 unter Bil dung eines Spaltes S von dem Boden dieser Einsenkung 11 abhebt und ein reibungsarmes oder reibungsfreies Verdrehen von Taumelkörper 2 und Druckscheibe 6 gegeneinander ermöglicht.
Zudem kann durch diesen Spalt S während des Betriebes der Taumellagerung 1 Schmierfett 22 aus dem Bereich der Wälzkörper 7 in geringer Menge austreten und sich zwischen dem Hülsenschenkel 13 und der axial ausgerichteten Wand der Einsenkung 11 ansammeln. Wenn nun die Taumellagerung durch Abschalten des Elektromotors 18 außer Betrieb gesetzt wird, lässt die Axialkraft F auf die Druckscheibe 6 nach, so dass sich diese etwas von dem Elektromotor 18 weg bewegt. Mit dieser Bewegung der Druckscheibe 6 wird auch die Hülse 12 axial von dem Motor 18 weg bewegt, bis diese zur Anlage an der axial ausgerichteten Wand der Einsenkung 11 kommt. Bei einem erneuten Einschalten des Elektromotors 18 verringert nun dass zwischen dem Hülsenschenkel 13 und der axial ausgerichteten Wand der Einsenkung 11 angesammelte Schmierfett 22 die Reibungsarbeit, so dass ein ruckfreier und reibungsarmer Anlauf der Axialkolbenpumpe gewährleistet ist.

1: Taumellagerung
2: Taumelkörper
3: Radial innerer Abschnitt der Druckscheibe
4: Radial äußerer Abschnitt der Druckscheibe
5: Öffnung im Taumelkörper
6: Druckscheibe
7: Wälzkörper
8: Wälzkörperlaufbahn
9: Wälzkörperlaufbahn
10: Einsenkung an der Druckscheibe
11: Einsenkung am Taumelkörper
12: Hülse
13: Hülsenschenkel
14: Hülsenschenkel
15: Kolbenstange
16: Antriebswelle
17: Motorferne Stirnseite der Druckscheibe 6
18: Elektromotor
19: Axialverzahnung der Antriebswelle
21: Radialspalt
22: Schmierfett
A: Ausschnitt
D: Dicke des Hülsenschenkels 13
F: Axialkraft
L: Axiale Länge der Hülse
S: Spalt
T: Tiefe der Einsenkung 11

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005058072 A1 [0004]
- DE 102005058071 A1 [0005]
- DE 19738813 B4 [0005]
- DE 4205859 A1 [0005]
- EP 1045989 B1 [0005]
- DE 102008014974 [0007, 0009, 0013]

Claims

Taumellagerung (1), beispielsweise zum Einsatz in einer Axialkobenpumpe, mit wenigstens einem Taumelkörper (2) und wenigstens einer Druckscheibe (6), die mittels Wälzkörper (7) gegeneinander gelagert sind, wobei der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) durch Haltemittel zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) an ihren radial äußeren Enden scheibenförmig, also ohne axial ausgerichtete Abschnitte ausgebildet sind, dass der Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) an ihren radial äußeren Enden axial entgegengesetzt ausgerichtete ringförmige Einsenkungen (10, 11) aufweisen, und dass das Haltemittel zum Verbinden von Taumelkörper (2) und Druckscheibe (6) durch eine den Taumelkörper (2) und die Druckscheibe (6) axial und radial außen umgreifende Hülse (12) gebildet ist, welche mit ihren radial nach innen weisenden endseitigen Schenkeln (13, 14) in eine Einsenkung (11) eingreift und die andere Einsenkung (10) axial sowie radial nach innen übergreift.
Taumellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Hülse (12) axial und radial übergriffene Einsenkung (10) an der Druckscheibe (6) oder an dem Taumelkörper (2) ausgebildet ist.
Taumellagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die eine Einsenkung (10) übergreifende Hülsenschenkel (14) mittels einer Press-Passung an einem der Taumellagerbauteile (2; 6) axial sowie radial anliegt.
Taumellagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Einsenkung (11) eingreifende Hülsenschenkel (13) eine geringere Dicke (D) aufweist als der die andere Einsenkung (10) übergreifende Hülsenschenkel (14).
Taumellagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (L) der Hülse (12), die Dicke (D) des in die Einsenkung (11) eingreifenden Hülsenschenkels (13) und die axiale Tiefe (T) dieser Einsenkung (11) derartig bemessen sind, dass der in dieser Einsenkung (11) angeordnete Hülsenschenkel (13) bei der Einwirkung einer betriebsbedingten Axiallast auf die Taumellagerung (1) unter Bildung eines Spaltes (S) von dem Boden dieser Einsenkung (11) abhebt und ein reibungsarmes oder reibungsfreies Verdrehen von Taumelkörper (2) und Druckscheibe (6) gegeneinander ermöglicht.
Taumellagerung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumellagerung (1) vollkugelig, also ohne Wälzkörperkäfig ausgebildet ist.