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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Lagerverriegelung für ein Lager und eine Motorbaugruppe.
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HINTERGRUND
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Elektromotoren weisen typischerweise einen Rotor mit einer Rotorwelle auf, die dreht, wenn der Motor angetrieben wird. Die Motorwelle wird von einer Abdeckung oder einem End- oder Lagerschild des Motors gelagert, wobei sich zwischen der sich drehenden Welle und dem sich nicht drehenden Lagerschild ein Lager befindet. Wird der Elektrorotor signifikanten periodischen Kräften ausgesetzt, wie sie etwa auftreten können, wenn der Motor bei einem über unebene Fahrbahnen fahrenden Fahrzeug verwendet wird, muss das Lager ausreichend stabilisiert sein, um den Kräften standzuhalten. Elektromotoren mit größer bemessenen Rotoren erfahren ebenfalls relative große, auf das Lager ausgeübte Kräfte. Lager werden manchmal mit Bolzen an dem Lagerschild befestigt oder anderweitig daran gesichert. Dies erfordert zusätzlichen Bauraum für den Bolzen und für Zugriff auf den Bolzen. Zum Sichern des Lagers an dem Lagerschild können abgeschrägte Sprengringe verwendet werden. Diese benötigen ebenfalls erheblichen axialen Bauraum.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Lagerverriegelung vorgesehen, die bestehende Verfahren zum Stabilisieren eines Lagers in einem Elektromotor verbessert. Die Lagerverriegelung benötigt minimalen Bauraum und minimale Montageschritte. Das Lager wird zwischen eine drehbare Welle und eine nicht drehende kranzförmige Stütze eingesetzt. Das Lager weist einen Innenring auf, der die drehbare Welle umgibt, und weist einen Außenring auf, der von der kranzförmigen Stütze umgeben ist. Die Lagerverriegelung weist einen kranzförmigen Körper mit einem mittleren Abschnitt, einer Innenwand und einer Außenwand auf. Sowohl die Innenwand als auch die Außenwand des kranzförmigen Lagers erstrecken sich von dem mittleren Abschnitt allgemein in einer ersten Richtung und sind voneinander beabstandet, um dazwischen einen kranzförmigen Hohlraum festzulegen. Die Außenwand weist umlaufend beabstandete integrale Laschen auf, die sich zumindest teilweise hin zur Innenwand erstrecken, um eine Vorspannkraft vorzusehen, um den kranzförmigen Körper der Lagerverriegelung mit der kranzförmigen Stütze des Lagerschilds zu verriegeln, wenn die kranzförmige Stütze in den kranzförmigen Hohlraum gesetzt wird. Die Innenwand des kranzförmigen Körpers berührt den Außenring, wenn die kranzförmige Stütze in den kranzförmigen Hohlraum gesetzt wird, um eine axiale Bewegung des Lagers zu verhindern. Die Innenwand weist einen ersten Satz von Kerben, die einen ersten Satz von Fingern ausbilden, und einen zweiten Satz von Kerben, die einen zweiten Satz von Fingern ausbilden, auf, wobei der erste und der zweite Satz von Fingern konfiguriert sind, um den Außenring zu berühren, wenn die kranzförmige Stütze in den kranzförmigen Hohlraum gesetzt wird. Der zweite Satz von Fingern erstreckt sich weiter als der erste Satz von Fingern, so dass der zweite Satz von Fingern sich weiter durchbiegt als der erste Satz von Fingern, wenn der erste und der zweite Satz von Fingern den Außenring berühren.
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Die Lagerverriegelung kann für eine Motorbaugruppe dienen, die eine eine Drehachse festlegende drehbare Motorwelle und ein die Motorbaugruppe benachbart zu einem Ende der Motorwelle teilweise umschließendes Lagerschild aufweist. Das Lagerschild weist eine kranzförmige Verlängerung auf, die sich allgemein parallel zur Drehachse erstreckt. Eine Außenfläche der kranzförmigen Verlängerung legt eine Nut fest, die zumindest teilweise die kranzförmige Verlängerung umschreibt. Ein Lager umgibt die Motorwelle nahe dem Ende der Motorwelle. Das Lager weist einen an der Motorwelle angebrachten Innenring und einen an einer Innenfläche der kranzförmigen Verlängerung des Lagerschilds angebrachten Außenring auf, so dass die Motorwelle an dem Lager durch das Lagerschild gelagert ist. Die Laschen der Lagerverriegelung berühren in der Nut die kranzförmige Verlängerung des Lagerschilds, um eine axiale Bewegung des kranzförmigen Körpers der Lagerverriegelung an der kranzförmigen Verlängerung im Wesentlichen zu verhindern und eine Vorspannkraft vorzusehen, um den kranzförmigen Körper der Lagerverriegelung mit der kranzförmigen Verlängerung des Lagerschilds zu verriegeln, wobei die Innenwand an dem Lageraußenring eine axiale Kraft vorsieht. Zum Sichern der Lagerverriegelung an der kranzförmigen Verlängerung werden keine Befestigungsmittel oder Klebstoffe verwendet. Die Laschen der Lagerverriegelung in der Nut der kranzförmigen Verlängerung sichern zusammen mit der komplementären Form der Innen- und Außenwände der Lagerverriegelung und der kranzförmigen Verlängerung des Lagerschilds die Lagerverriegelung an der kranzförmigen Verlängerung und stellen sicher, dass das Lager in der axialen Einbauposition verbleibt. Die Innenwand weist einen ersten Satz von Kerben, die einen ersten Satz von Fingern ausbilden, und einen zweiten Satz von Kerben, die einen zweiten Satz von Fingern ausbilden, auf, wobei der erste und der zweite Satz von Fingern konfiguriert sind, um den Außenring zu berühren, wenn die kranzförmige Verlängerung in den kranzförmigen Hohlraum gesetzt wird. Der zweite Satz von Fingern erstreckt sich weiter als der erste Satz von Fingern, so dass der zweite Satz von Fingern sich weiter durchbiegt als der erste Satz von Fingern, wenn der erste und der zweite Satz von Fingern den Außenring berühren.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Hybridgetriebe, das eine Elektromotorbaugruppe zum Antreiben einer Pumpe umfasst;
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2 ist eine unvollständige schematische Perspektivansicht im Querschnitt eines Teils der Elektromotorbaugruppe an den Linien 2-2 von 3, die eine erste Ausführungsform einer Lagerverriegelung umfasst, die zum Sichern eines Lagers an einem Lagerschild gesichert ist;
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3 ist eine schematische Perspektivdarstellung der Lagerverriegelung von 2, die an dem Lagerschild gesichert ist, wobei die Motorwelle entfernt wurde;
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4 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Lagerverriegelung zur Verwendung mit der Motorbaugruppe von 2;
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5 ist eine andere schematische Perspektivdarstellung der Lagerverriegelung von 4;
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6 ist eine unvollständige schematische Seitenansichtdarstellung der Lagerverriegelung von 4 und 5; und
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7 ist eine unvollständige schematische Perspektivansicht im Querschnitt eines Teils der Elektromotorbaugruppe von 2, wobei die Lagerverriegelung von 4–6 an der Motorwelle eingebaut ist.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Unter Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den gesamten mehreren Ansichten gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einer Brennkraftmaschine 12 und einem Hybridgetriebe 14. Das Hybridgetriebe 14 umfasst einen Motor/Generator 16 und eine Verzahnungsanordnung 17 mit verschiedenen hydraulisch einkuppelbaren Kupplungen. Durch eine Elektromotorbaugruppe 22 wird eine Pumpe elektrisch betrieben, um der Getriebeverzahnungsanordnung 17 und den Kupplungen Hydraulikfluid zu liefern. Das Getriebe 14 ist nur schematisch gezeigt. Der Endantrieb, der das Getriebeausgangselement 21 mit Fahrzeugrädern 23 verbindet, ist nicht gezeigt, ist aber dem Fachmann wohl bekannt.
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In 2 ist ein Teil der Elektromotorbaugruppe 22 gezeigt. Die Motorbaugruppe 22 weist eine drehbare Motorwelle 24 auf, die eine Drehachse 26 festlegt. Die Motorwelle 24 dreht mittels eines (nicht gezeigten) Rotors, wenn einem (nicht gezeigten) Stator der Motorbaugruppe 22 elektrische Energie geliefert wird, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Rotor und Stator sind in 2 links entlang der Welle 24 eingebaut. Ein Lagerschild 28 umschließt teilweise die Motorbaugruppe 22. Typischerweise ist ein anderes Lagerschild entlang der Motorwelle 24 beabstandet, nur dass sich die Motorwelle 24 durch das andere Lagerschild erstreckt, um der Pumpe 20 von 1 Energie zu liefern. Ein Lager 30 umgibt die Motorwelle 24, um die Motorwelle 24 an dem Lagerschild 28 zu lagern. Ein anderes Lager lagert die Motorwelle 24 dort, wo sie sich durch das (nicht gezeigte) andere Lagerschild erstreckt. Auch wenn dies nachstehend bezüglich des Lagers 30 gezeigt und beschrieben wird, kann die Lagerverriegelung 50 auch genutzt werden, um diese letztere Art von Lager zu verriegeln.
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Das Lager 30 weist einen Innenring 32 auf, der nahe einem Ende 34 der Motorwelle 24 über einen verschmälerten Teil der Motorwelle 24 aufgepresst wird. Der Innenring 32 liegt an einem durch die Motorwelle 24 gebildeten Absatz 36 an. Der Absatz 36 dient als Anschlag, um den Innenring 32 bezüglich der Motorwelle 24 axial ordnungsgemäß zu positionieren, wenn der Innenring 32 an die Motorwelle 24 angepresst wird.
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Das Lager 30 weist einen Außenring 38 auf, wobei zwischen dem Außenring 38 und dem Innenring 32 Rollelemente 40 aufgenommen sind, um relativ zu dem nicht drehenden Außenring 38 und dem nicht drehenden Lagerschild 28 eine Drehung des Innenrings 32 mit der Motorwelle 24 zuzulassen. Der Außenring 38 wird an einer Innenfläche 42 einer kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 aufgeschoben. Die kranzförmige Verlängerung 44 wird auch als nicht drehende kranzförmige Stütze bezeichnet und erstreckt sich allgemein parallel zur Drehachse 26 hin zur Mitte der Motorbaugruppe 22 weg von der axial äußersten Seite 46 des Lagerschilds 28. Die kranzförmige Verlängerung 44 legt einen Absatz 48 fest, an dem der Außenring 38 anliegt, wenn er an die kranzförmige Verlängerung 44 gepasst wird. Der Absatz 48 verhindert eine axiale Bewegung des Außenrings 38 hin zur äußersten Seite 46 des Lagerschilds 28.
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Die Absätze 36 und 48 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Innenrings 32 bzw. Außenrings 38. Auch wenn die Absätze 36, 48 eine axiale Bewegung des Lagers 30 bei Verwendung mit einer Wellenfeder- oder Lagervorspannungsscheibe erheblich verhindern, könnte zwischen dem Lager 30 und dem Lagerschild 28 der Motorbaugruppe 22 aufgrund von Erschütterungen, wie sie etwa bei einer relativ großen Masse des sich drehenden Rotors, die mit der Motorwelle 24 verbunden ist, auftreten können, eine gewisse relative Bewegung auftreten, wenn die Erschütterungskräfte größer als die Lagervorspannungskraft ist. Um eine solche Bewegung zu verhindern und damit verbundenen Verschleiß an dem Lager 30 oder eine Beschädigung des Lagerschilds 28 aufgrund von Ermüdung oder Stoßbelastung zu minimieren, wird eine Lagerverriegelung 50 vorgesehen. Die Lagerverriegelung 50 lässt sich einfach über der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds einbauen und sieht an dem Außenring 38 des Lagers 30 eine kontinuierliche axiale Kraft vor, um das Lager 30 zu stabilisieren.
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Im Einzelnen weist die Lagerverriegelung 50 einen kranzförmigen Körper 52 mit einem mittleren Abschnitt 54 auf. Eine Innenwand 56 und eine Außenwand 58 der Lagerverriegelung 50 erstrecken sich im Allgemeinen parallel zueinander und von dem mittleren Abschnitt 54 hin zur äußersten Seite 46 des Lagerschilds 28 parallel zur Drehachse 26. Diese Ausrichtung ermöglicht es den Innen- und Außenwänden 56, 58 der Lagerverriegelung 50, einen kranzförmigen Hohlraum 60 zwischen den Wanden 56, 58 festzulegen. Die Wände 56, 58 sind so bemessen, dass der kranzförmige Hohlraum 60 die kranzförmige Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 aufnehmen kann, wenn der kranzförmige Körper 52 der Lagerverriegelung 50 über die kranzförmige Verlängerung 44 gepasst wird, wobei ein Ende 62 der Innenwand 56 der Lagerverriegelung 50 den Lageraußenring 38 kontinuierlich berührt.
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In der Außenwand 58 der Lagerverriegelung 50 sind Laschen 64 integral ausgebildet, so dass jede Lasche 64 an zwei Seiten 66, 68 und an einem Ende 70 von der Außenwand 58 getrennt ist und von einem Bodenteil 69, das integral mit der Außenwand 58 ausgebildet ist, hin zur Innenwand 56 zu einem Ende 70 abgewinkelt ist, wie in 3 am besten gezeigt ist. Die Laschen 64 können als Verriegelungslaschen bezeichnet werden. Die Laschen 64 können in die Außenwand 58 gestanzt werden, um die Seiten 66, 68 und das Ende 70 zu bilden. Der kranzförmige Körper 52 ist relativ steifer Stahl. Demgemäß erstrecken sich die Enden 70 der Laschen 64 zumindest teilweise nach innen hin zur Innenwand 56 der Lagerverriegelung 50, wie in 2 gezeigt ist.
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In 3 sind zwei Laschen 64 sichtbar. Zwei andere Laschen 64, die in 3 nicht sichtbar sind, sind von den Laschen 64, die gezeigt sind, gleichmäßig beabstandet, so dass insgesamt vier Laschen 64 um den Umfang 71 der Außenwand 58 der Lagerverriegelung 50 vorhanden sind. In anderen Ausführungsformen können andere Stückzahlen an Laschen 64 verwendet werden. Die Laschen 64 müssen nicht gleichmäßig beabstandet sein, um die hierin beschriebene Verriegelungsfunktion vorzusehen.
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Wie in 2 gezeigt weist die Außenfläche der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 eine darin ausgebildete Nut 72 auf. Die Nut 72 kann eine durchgehende umlaufende Nut sein, oder es können eine Gruppe von Nuten vorgesehen werden, wobei jede jeweilige Nut in der Gruppe einer jeweiligen der Laschen 64 entspricht. Für Montagezwecke lässt eine umlaufende Nut 72 eine beliebige Umfangsausrichtung des kranzförmigen Körpers 52 der Lagerverriegelung 50 zu, wodurch die Montage vereinfacht wird (d. h. es ist nicht notwendig, die Laschen 64 der Lagerverriegelung 50 mit der Nut 72 in der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 auszurichten, wie es der Fall wäre, wenn das Lagerschild 28 getrennte Nute hätte.
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Wenn der kranzförmige Körper 52 der Lagerverriegelung 50 um die kranzförmige Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 gesetzt wird, so dass die kranzförmige Verlängerung 44 in dem durch die Lagerverriegelung 50 festgelegten kranzförmigen Hohlraum 60 aufgenommen ist, werden die Laschen 64 zunächst durch das distale Ende 76 der kranzförmigen Verlängerung 44 nach außen gebogen, da die kranzförmige Verlängerung 44 an dem distalen Ende 76 breiter als an der Nut 72 ist. Wenn die kranzförmige Verlängerung 44 weiter axial hin zu dem kranzförmigen Körper 52 der Lagerverriegelung 50 bewegt wird oder der kranzförmige Körper 52 weiter axial hin zu der kranzförmigen Verlängerung 44 bewegt wird, schnappen die Laschen 64 aufgrund einer von den Laschen 64 erzeugten Vorspannkraft in die Nut 72 ein. Wenn die Laschen 64 in die Nut 72 einschnappen, wird aufgrund des Eingriffs mit der kranzförmigen Verlängerung 44 an den Enden 70 der Laschen 64 eine Kraft angelegt. Die axiale Kraft wird durch die Lagerverriegelung 50 auf das Ende 62 der Innenwand 56 der Lagerverriegelung 50 an dem Außenring 38 des Lagers 30 übertragen und ist in 2 als axiale Kraft 75 gezeigt. Die axiale Kraft 75 bewirkt ein Festhalten des Lagers 30 an dem Lagerschild 28 und kann als Lagerverriegelungskraft bezeichnet werden. Selbst wenn sie sich in der Nut 72 befinden, werden die Laschen 64 von ihrer ursprünglichen, nach innen gebogenen Position immer noch leicht nach außen gebogen, so dass sie an der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 eine kontinuierliche Vorspannkraft 73 vorsehen. Das jeweilige Ende 70 jeder der Laschen 64 greift mit der kranzförmigen Verlängerung 44 am Ende 74 der Nut 72, wobei die Kraft 75 verhindert, dass der kranzförmige Körper 52 der Lagerverriegelung 50 sich axial weg von der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 verschiebt. Der kranzförmige Körper 52 wird dadurch durch die Laschen 64 mit der kranzförmigen Verlängerung 44 verriegelt.
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Die Motorbaugruppe 22 kann auf vielerlei unterschiedliche Weise zusammengebaut werden. Das Lager 30 könnte zum Beispiel zuerst in die kranzförmige Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 gepasst werden, die Lagerverriegelung 50 mit dem kranzförmigen Körper 52 könnte über die kranzförmige Verlängerung 44 gepasst werden und dann könnte die Motorwelle 24 in den Innenring 32 des Lagers 30 gepasst werden. Alternativ könnten das Lager 30 und die Motorwelle 24 in die kranzförmige Verlängerung 44 gepasst werden und die Lagerverriegelung 50 mit dem kranzförmigen Körper 52 könnte zuletzt eingebaut werden. Bei allen Montageverfahren wird/werden einer oder beide von kranzförmigem Körper 52 und kranzförmiger Verlängerung 44 relativ zueinander axial geschoben, bis die Laschen 64 der Lagerverriegelung 50 in die Nut 72 der kranzförmigen Verlängerung 44 schnappen, was den kranzförmigen Körper 52 der Lagerverriegelung 50 mit der kranzförmigen Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 verriegelt und dadurch die axiale Position des Lagers 30 sichert. Zum Sichern der Lagerverriegelung 50 werden keine Befestigungsmittel verwendet. Es ist minimaler Bauraum erforderlich, da der kranzförmige Körper 52 eng den Konturen der kranzförmigen Verlängerung 44 folgt, ohne dass zusätzliche Flansche oder Verlängerungen notwendig sind.
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4, 5, 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform einer Lagerverriegelung 150, die an Stelle der Lagerverriegelung 50 für den Einbau an der kranzförmigen Verlängerung 44 von 2 konfiguriert ist, um das Lager 30 an der Motorwelle 24, wie in 7 gezeigt, in einer axialen Einbauposition zu halten. Die Lagerverriegelung 150 ist dafür ausgelegt, eine axiale Kraft geringerer Größenordnung als die Lagerverriegelung 50 an dem Außenring 38 des Lagers 30 von 2 anzulegen. Die Lagerverriegelung 150 weist einen kranzförmigen Körper 151 mit einem mittleren Abschnitt 153, einer Innenwand 156 und einer Außenwand 158 auf. Die Innenwand 156 und die Außenwand 158 erstrecken sich allgemein von dem mittleren Abschnitt 153 parallel zueinander. Die Lagerverriegelung 150 weist eine Außenwand 158 mit Kerben 152 in der Außenwand 158 an beiden Seiten jeder Lasche 64 auf. Ferner weist die Innenwand 156 der Lagerverriegelung 150 an beiden Seiten jeder Lasche 64 Kerben 154 auf. Die Kerben 154 sind von der Lasche 64 weiter beabstandet als die Kerben 152. Die Kerben 154 bilden Finger 155 aus, die mit jeweiligen Laschen 64 radial ausgerichtet sind. Eine noch weitere Kerbe 157 ist zwischen jedem Paar von Kerben 154, die sich zwischen benachbarten Laschen 64 befinden, in der Innenwand 156 der Lagerverriegelung 150 ausgebildet. Die Kerben 154 und 157 bilden zwischen jedem Paar von Fingern 155 ein Paar kleinerer Finger 159 aus. Dadurch ist die Innenwand 156 der Lagerverriegelung 150 aus Fingern 155, 159 gebildet. Die Finger 155 werden als erster Satz von Fingern bezeichnet. Die Finger 159 werden als zweiter Satz von Fingern bezeichnet. Die Enden 162 der Finger 159 nehmen einen viel geringeren Umfangsabstand 160 um die Mittenachse 126 der Lagerverriegelung 150 ein als der Umfangsabstand 164, der von den Fingern 155 eingenommen wird.
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Ferner ist unter Heranziehen von 6 die Lagerverriegelung 150 so ausgelegt, dass die Finger 159 mehr Ausbiegung aufweisen, wenn die Lagerverriegelung eingebaut ist, und einen größeren Teil der auf den Außenring 38 des Lagers 30 von 7 ausgeübten Belastung tragen als die Finger 155. In einem unbelasteten Zustand, wie er in 6 gezeigt ist, befinden sich die Enden 162 der Finger 159 in einer anderen Ebene als die Enden 165 der Finger 155. D. h. die Enden 162 erstrecken sich weiter hin zum Ende 170 der Außenwand 158 der Lagerverriegelung 150 als die Enden 165. Da die Finger 159 so konfiguriert sind, dass sie sich weiter axial hin zum Ende 170 erstrecken, wenn die Enden 162 und 165 der Finger 155, 159 mit der Oberfläche 163 des Außenrings 38 in Kontakt stehen, wenn die Laschen 64 in die Nut 72 schnappen, müssen sich die Finger 159 stärker als die Finger 155 biegen und mehr der Last durch die Lagerverriegelung 150 tragen. Da die Finger 155, 159 biegsamer als der Innenabschnitt der Lagerverriegelung 50 von 2 sind, ist die axiale Vorspannkraft der Lagerverriegelung 150 signifikant geringer als die axiale Kraft 75 der Lagerverriegelung 50 von 2. Die Belastung oder Spannung durch die Lagerverriegelung 150 geht von den Laschen 64, die in die kranzförmige Verlängerung 44 des Lagerschilds 28 einrasten, dann seitlich in die Lagerverriegelung 150 um die Kerben 152 und 154 zu den Fingern 159. Die Enden 162 der Finger 159 übertragen den Großteil der Belastung auf den Außenring 38 des Lagers 30, um es ortsfest zu halten. Der Kontakt mit dem Lageraußenring 38 durch die relativ biegsameren Finger 155, 159 reduziert zusammen mit den Kerben 152 die Steifigkeit der Lagerverriegelung 150 und ermöglicht es der Lagerverriegelung 150, sich leichter in der axialen Richtung zu biegen als die Lagerverriegelung 50.
