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Die Erfindung betrifft eine Pumpe für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit einem Pumpengehäuse und einem Lagerbolzen zur drehbaren Lagerung eines Pumpenrotors, wobei das Pumpengehäuse eine Aufnahme und einen Befestigungsbereich aufweist, wobei die Aufnahme zur Lagerung des Lagerbolzens ausgebildet ist, wobei der Befestigungsbereich zur axialen und radialen Befestigung des Lagerbolzen ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Es sind Pumpen für einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, die ein Pumpengehäuse, einen darin angeordneten Lagerbolzen und einen Pumpenrotor aufweisen, wobei der Pumpenrotor auf dem Lagerbolzen angeordnet und drehbar gelagert ist. Zur Befestigung des Lagerbolzens weist das Pumpengehäuse eine Aufnahme mit einem Aufnahmebereich auf, in der der Lagerbolzen gelagert ist. Die Aufnahme weist dabei ein Radialspiel auf, das im Betrieb der Pumpe zum Schwingen des Lagerbolzens bzw. des Pumpenrotors und somit zu einer Geräuschentwicklung führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine geräuscharme Lagerung für Lagerbolzen einer Pumpe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Pumpe für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs ein Pumpengehäuse und einem Lagerbolzen zur drehbaren Lagerung eines Pumpenrotors umfasst. Dabei weist das Pumpengehäuse eine Aufnahme und einen Befestigungsbereich auf. Die Aufnahme ist zur Lagerung des Lagerbolzens ausgebildet, während der Befestigungsbereich zur axialen und radialen Befestigung des Lagerbolzen ausgebildet ist. Die Aufnahme des Pumpengehäuses umfasst wenigstens ein Klemmelement, das ausgelegt ist, den Lagerbolzen mittels einer elastischen Verformung des Klemmelements in der Aufnahme des Pumpengehäuse zu verklemmen.
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Auf diese Weise kann eine besonders leise und vibrationsarme Pumpe bereitgestellt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Klemmelement an einer inneren Umfangsfläche der Aufnahme des Pumpengehäuses angeordnet ist.
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Als einfach auszugestaltende Ausführungsform des Klemmelements kann dieses als Ausbuchtung der Aufnahme ausgebildet sein, die in den Aufnahmebereich der Aufnahme ragt. Dies hat den Vorteil, dass, wenn der Lagerbolzen in den Aufnahmebereich der Aufnahme geschoben wird, sich das Klemmelement automatisch an dem Lagerbolzen verklemmt und diesen spielfrei befestigt.
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In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Klemmelemente in der Aufnahme des Pumpengehäuses vorgesehen, die beabstandet zueinander an der inneren Umfangsfläche der Aufnahme zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass eine zuverlässige mittige Anordnung des Lagerbolzens in der Aufnahme des Pumpengehäuses erfolgt.
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Besonders vorteilhaft hierzu ist, wenn wenigstens drei Klemmelemente, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform insbesondere sechs Klemmelemente, an der inneren Umfangsfläche der Aufnahme vorgesehen sind.
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Eine zuverlässige mittige Ausrichtung des Lagerbolzens in der Aufnahme erfolgt dadurch, dass die Klemmelemente symmetrisch in Umfangsrichtung an der inneren Umfangsfläche der Aufnahme des Pumpengehäuses verteilt sind.
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Eine stabile Ausrichtung in Längsrichtung der Lagerwelle erfolgt dadurch, dass die Klemmelemente im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Lagerwelle ausgerichtet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Klemmelement einen im Wesentlichen polygonförmigen Querschnitt auf. Dadurch kann eine besonders gute Verklemmung des Lagerbolzens in der Aufnahme gewährleistet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Klemmelement als Federring ausgebildet, so dass eine besonders einfache Herstellung der Verklemmung zwischen dem Lagerbolzen und der Aufnahme bereitgestellt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es für diese Ausbildung, wenn der Federring einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt oder einen parabelförmigen Querschnitt aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen benannt. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt einer Pumpe,
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2 eine perspektivische Teilansicht der in 1 gezeigten Pumpe,
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3 eine perspektivische Teilansicht eines in 2 gezeigten Ausschnitts,
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4 eine Schnittansicht eines in 3 gezeigten Ausschnitts,
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5 eine Kraftverteilung entlang einer in 1 bis 4 gezeigten Verklemmung,
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6 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine Pumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform entlang einer Längsachse der Pumpe,
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7 eine perspektivische Ansicht eines Klemmelements der in 6 gezeigten Pumpe,
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8 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine Pumpe gemäß einer dritten Ausführungsform, und
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9 eine perspektivische Ansicht eines Klemmelements der in 8 gezeigten Pumpe.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Pumpe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht der in 1 gezeigten Pumpe 10. 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht des in 2 strichliert markierten Ausschnitts der Pumpe 10. 4 zeigt einen Ausschnitt eines in 3 markierten Ausschnitts der Pumpe 10.
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Die Pumpe 10 ist als Kühlwasserpumpe bzw. Zusatzkühlwasserpumpe für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs ausgelegt. Dabei umfasst die Pumpe 10 ein Pumpengehäuse 20 mit einem linksseitig angeordneten ersten Pumpengehäuseteil 25 und einem rechtsseitig angeordneten zweiten Pumpengehäuseteil 30. Das erste Pumpengehäuseteil 25 weist einen ersten Anschluss 35 mit einem Einsaugkanal 36 zum Einlass von Kühlwasser in die Pumpe 10 und einen radial außenseitig am ersten Pumpengehäuseteil 25 angeordneten zweiten Anschluss 40 auf, aus dem das geförderte Fluid aus der Pumpe 10 gefördert wird. Die Anschlüsse 35, 40 sind derart ausgebildet, dass sie vorteilhafterweise mit elastischen Schlauchelementen mit dem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs verbunden werden können. Die Pumpengehäuseteile 25, 30 sind stirnseitig aneinanderliegend angeordnet und über einen Dichtring 45 zur Vermeidung von Austritt von Kühlwasser aus der Pumpe 10 abgedichtet.
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In den beiden Pumpengehäuseteilen 25, 30 ist ein Lagerbolzen 50 angeordnet. Der Lagerbolzen 50 ist dabei auf einer Längsachse 55 der Pumpe 10 angeordnet, so dass eine Längsachse des Lagerbolzens 50 und die Längsachse 55 der Pumpe 10 identisch sind. Der Lagerbolzen 50 ist rechtsseitig mit einem ersten Ende 60 mit dem zweiten Pumpengehäuseteil 30 in einem Befestigungsbereich 61 verbunden. Die Verbindung an dem ersten Ende 60 des Lagerbolzens 50 erfolgt dadurch, dass der metallische Lagerbolzen 50 in einem Spritzgussvorgang am ersten Ende 60 mit Kunststoff umspritzt wird. Um eine bessere Verbindung im Befestigungsbereich 61 zwischen dem zweiten Pumpengehäuseteil 30 und dem Lagerbolzen 50 zu erreichen, ist an dem ersten Ende 60 eine Verrändelung 65 angeordnet. Die Verbindung befestigt den Lagerbolzen 55 sowohl axial als auch radial im zweiten Pumpengehäuseteile 30. An einem dem ersten Ende 60 gegenüberliegenden zweiten Ende 70 des Lagerbolzens 50 ist der Lagerbolzen 50 in einer Aufnahme 75 des ersten Gehäuseteils 25 angeordnet. Die Aufnahme 75 weist an einer äußeren Umfangsfläche 80 eine strömungsgünstige, kegelförmige Ausgestaltung auf. Die Aufnahme 75 ist über Stege 85 im Einsaugkanal 36 des ersten Pumpengehäuseteils 25 angeordnet.
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Umfangsseitig wird der Lagerbolzen 50 von einer Hohlwelle 86 umgriffen. Die Hohlwelle 86 ist an ihren beiden axialen Enden mittels zweier Lagerelemente 90, 95 abgestützt. Dabei ist ein erstes Lagerelement 90, das rechtsseitig an der Lagerwelle 50 angeordnet ist, als Gleitlager zur radialen und axialen Abstützung von Lagerkräften ausgelegt. Ein linksseitig an der Hohlwelle 86 angeordnetes zweites Lagerelement 95 ist ebenso zur Abstützung axialer als auch radialer Lagerkräfte ausgelegt. Das zweite Lagerelement 95 weist einen Schulterbereich 100 auf, an dem an einer der Aufnahme 75 zugewandten Stirnseite 105 diese als Lagerfläche ausgebildet ist. Zwischen der Aufnahme 75 und dem zweiten Lagerelement 95 ist ein Clip 110 angeordnet, der ein Verschleißen einer dem zweiten Lagerelement 95 zugewandten Stirnseite der Aufnahme 75 durch ein Anlaufen der Stirnfläche 105 des zweiten Lagerelements 95 an der Aufnahme 75 verhindert. Der Clip 110 ist aus Metall gefertigt und weist einen Cliparm 115 auf, der zwischen zwei Stegen 85 eingreift, so dass der Clip 110 rotatorisch fixiert ist und ein Mitdrehen des Clips 110 beim Anlauf des zweiten Lagerelements 95 an dem Clip 110 vermieden wird. Auf der Hohlwelle 86 sind Permanentmagnete 120 in einem Blechpaket 125 angeordnet. In Kombination mit nicht dargestellten Wicklungen bilden die Permanentmagnete 120, das Blechpaket 125 sowie die Wicklungen einen bürstenlosen Elektromotor zum Antrieb eines ebenso auf der Hohlwelle 86 angeordneten Pumpenrads 130.
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Um eine spielfreie Befestigung des Lagerbolzens 75 zu gewährleisten, weist, wie in 3 dargestellt, die Aufnahme 75 eine Bohrung 135 auf, die eine innere Umfangsfläche 140 umfasst und in der Aufnahme 75 einen Aufnahmebereich 145 ausbildet. Der Aufnahmebereich 145 nimmt im montierten Zustand das linksseitige Ende 70 des Lagerbolzens 50 auf. In den Aufnahmebereich 145 ragen mehrere Klemmelemente 150, die symmetrisch an der inneren Umfangsfläche 140 angeordnet sind, und parallel zu der Längsachse 55 des Lagerbolzens 50 ausgerichtet sind. Die Klemmelemente 150 sind dabei in ihrer radialen Erstreckung derart ausgebildet, dass sie einen geringeren minimalen Innendurchmesser DK aufweisen als der Außendurchmesser DL des Lagerbolzens 50 im Aufnahmebereich 145. Dies hat zur Folge, dass in einer Montage des Lagerbolzens 50 in die Aufnahme 75 die Klemmelemente 150 sowohl elastisch als auch plastisch verformt werden. Dadurch wird ein mögliches Spiel zwischen der Umfangskontur des Lagerbolzens 50 und der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 65 vermieden. Durch die symmetrische Verteilung der Klemmelemente 150 entlang der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75 wird gleichmäßig der Lagerbolzen 50 in der Aufnahme 75 verspannt. Durch die getrennte und somit beabstandete Anordnung der Klemmelemente 150 zueinander kann eine präzise Ausrichtung des Lagerbolzens 50 in der Aufnahme 75 gewährleistet werden.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Klemmelemente 150 ist in 4 als Schnittansicht durch ein in 2 und 3 gezeigtes Klemmelement 150 gezeigt. Das Klemmelement 150 wird dadurch ausgebildet, dass die rotationssymmetrisch ausgebildete innere Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75 zwischen einem ersten Punkt A und einem zweiten Punkt B mittels einer Tangente 155 verbunden sind. Dadurch wird ein Innendurchmesser DK des Klemmelements 150 ausgebildet, der geringer ist als ein Innendurchmesser DA der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75. Dabei sind die Punkte A, B derart voneinander beabstandet gewählt, dass der Innendurchmesser DK des Klemmelements 150 geringer ist als ein Außendurchmesser DL des Lagerbolzens 50. Auf diese Weise kann das Klemmelement 150 der Aufnahme 75 einfach in einem Spritzgussvorgang oder einem Tiefziehvorgang hergestellt werden. Alternativ zu der in 4 gezeigten Ausführungsform sind auch andere Konturen des Klemmelements 150 denkbar, wesentlich ist jedoch dabei, dass der Innendurchmesser DK des Klemmelements 150 geringer ist als der Außendurchmesser DL des Lagerbolzens 50 bzw. der Innendurchmesser DA der inneren Umfangsfläche 140, wobei die Klemmelemente 150 zueinander beabstandet sind. Die Beabstandung hat den Vorteil, dass beim Einfügen des Lagerbolzens 50 in die Aufnahme 75 Material der Klemmelemente 150 in Bereiche 155 verdrängt werden kann, die zwischen zwei Klemmelementen 150 angeordnet sind und in denen eine äußere Umfangsfläche 160 des Lagerbolzens 50 in diesen Bereichen 155 beabstandet zu der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75 angeordnet ist.
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In 5 ist korrespondierend zu der in 4 gezeigten Ausgestaltung des Klemmelements 50 der Kraftverlauf zwischen dem Klemmelement 150 und dem Lagerbolzen 75 dargestellt. Der parabelförmig ausgestaltete Kraftverlauf über die umfangsseitige Erstreckung des Klemmelements 150 gewährleistet eine optimale Ausrichtung des Lagerbolzens 50 in der Aufnahme 75. Dadurch dass in den seitlichen Randbereichen hin zu den Punkten A bzw. B eine Verspannkraft F von einem Maximalwert FM, der mittig am Klemmelement 150 erreicht wird, auf 0 abfällt, wird ermöglicht, dass das Material des Klemmelements 150 sowohl elastisch als auch plastisch in die oben genannten Bereiche 155 gedrückt werden kann.
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6 zeigt einen Teillängsschnitt einer Pumpe 160 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Klemmelements der in 6 gezeigten Pumpe 160. Die Pumpe 160 unterscheidet sich dahingehend von der in 1 bis 5 gezeigten Pumpe, dass das Klemmelement 170 ringförmig ausgebildet ist und der Lagerbolzen 50 einen am linksseitigen Ende 70 angeordneten ersten Lagerbolzenabschnitt 175 aufweist, der einen geringeren Durchmesser aufweist als ein zweiter Lagerbolzenabschnitt 180. Zwischen den beiden Lagerbolzenabschnitten 175, 180 ist ein Absatz 185 angeordnet. Radial außenseitig wird im Wesentlichen über die gesamte axiale Erstreckung, also in Richtung der Längsachse 55 des Lagerbolzens 50, der erste Lagerbolzenabschnitt 175 durch das Klemmelement 170 umgriffen. Radial außenseitig liegt das Klemmelement 170 an der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75 an. In der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist die innere Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75 rotationssymmetrisch ausgebildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75, wie etwa polygonförmig oder elliptisch, denkbar. Wesentlich dabei ist, dass radial zwischen dem ersten Lagerbolzenabschnitt 175 und der inneren Umfangsfläche 140 das Klemmelement 170 anordenbar ist. Dabei weist das zweite Klemmelement 170 im unmontiertem Zustand einen Außendurchmesser DK auf, der größer ist als der Innendurchmesser DA der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme 75, so dass durch diese Wahl des Außen- bzw. des Innendurchmessers DK, DA
des Klemmelements 170 bzw. Aufnahme 75 eine Verklemmung des Klemmelements 170 in der Aufnahme 75 ermöglicht wird.
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Das Klemmelement 170 weist weichelastische Eigenschaften auf. Als Material für das Klemmelement 170 sind insbesondere elastische Kunststoffe wie Gummi oder Polytetrafluorethylen oder andere Ethylen-Kunststoffe denkbar. Diese Ausgestaltung des Klemmelements 170 bewirkt, dass sich bei Einschieben des Lagerbolzens 50 in die Aufnahme 75 das Klemmelement 170 im Aufnahmebereich elastisch verformt und dadurch im Aufnahmebereich 145 verklemmt. Dadurch kann eine spielfreie Befestigung des linksseitigen Endes des Lagerbolzens 50 und somit eine gesamte spielfreie Befestigung des Lagerbolzens 50 in der Pumpe 165 gewährleistet werden. Der Absatz 185 gewährleistet, dass sich bei einem Einschieben des Lagerbolzens 50 in die Aufnahme 75 das Klemmelement 170 nicht aus dem ersten Lagerbolzenabschnitt axial verschieben kann und so zwangsweise in die Aufnahme 75 bzw. in den Aufnahmebereich 145 der Aufnahme 75 gedrückt wird.
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Das Klemmelement 170 weist in der in 6 und 7 gezeigten Ausführungsform einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt mit radial außenseitig angeordneten Fasen 190 zum erleichterten Einschieben des Klemmelements 170 in den Aufnahmebereich 145 auf. Denkbar sind jedoch auch andere Querschnitte wie beispielsweise elliptisch, kreisförmig oder mit axial verlaufender Nuten versehene Ausgestaltungen. Auch sind Ausgestaltungen denkbar, bei denen eine äußere Umfangsfläche 195 des Klemmelements 170 korrespondierend zur inneren Umfangsfläche 145 der Aufnahme 75 ausgestaltet ist, wobei das Klemmelement 170 einen größeren Außendurchmesser DK aufweist als die innere Umfangsfläche 145 der Aufnahme 75. So ist etwa eine Kombination der in den 1 bis 5 gezeigten an der inneren Umfangsfläche 145 angeordneten Klemmelemente mit dem in 6 und 7 gezeigten Klemmelement 170 denkbar.
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8 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch eine Pumpe 200 gemäß einer dritten Ausführungsform und 9 eine perspektivische Ansicht eines Klemmelements 205 der in 8 gezeigten Pumpe 200. Die Pumpe 200 entspricht im Wesentlichen den in den 1 bis 7 dargestellten Pumpen. Im Unterschied dazu weist die Pumpe 200 ein Klemmelement 205 gemäß einer dritten Ausführungsform auf, das in perspektivischer Darstellung in 9 gezeigt ist. Das Klemmelement 205 weist einen dünnen Materialquerschnitt auf, wobei im Querschnitt parabelförmig ausgeformt ist. Dabei weist das Klemmelement 205 eine radial außenseitig angeordnete erste Klemmkante 210 und eine zweite radial innenseitig angeordnete zweite Klemmkante 215 auf. Das Klemmelement 205 ist im ersten Lagerbolzenabschnitt 175 angeordnet und umgreift diesen mit der zweiten Klemmkante 215. Eine an die zweite Klemmkante 215 angrenzende Stirnfläche 220 des Klemmelements 205 liegt im montierten Zustand, wie in 8 gezeigt, an dem Absatz 185 an. Auf diese Weise wird das Klemmelement 205 beim Einschieben des Lagerbolzens 50 bzw. des Klemmelements 205 in den Aufnahmebereich 135 axial gesichert. Die erste Klemmkante 210 ist der inneren Umfangsfläche 145 der Aufnahme 75 zugeordnet. Dabei ist der Außendurchmesser DK der ersten Klemmkante 210 in unmontiertem Zustand größer als Durchmesser DA der Aufnahme 75. Wird das Klemmelement 205 in den Aufnahmebereich 135 der Aufnahme 75 eingeschoben, so wird die Klemmkante 210 radial durch die innere Umfangsfläche 140 nach innen gedrückt, so dass sich das Klemmelement 205 elastisch verformt. Radial innenseitig weist die zweite Klemmkante 215 in unmontiertem Zustand einen geringeren Durchmesser auf als der erste Lagerbolzenabschnitt 175. Dies hat zur Folge, dass, wenn das Klemmelement 205 auf den ersten Lagerbolzenabschnitt 175 aufgeschoben wird, die Klemmkante 215 radial nach außen gedrückt wird und sich somit elastisch verformt und auf dem ersten Lagerbolzenabschnitt 175 verklemmt. Die Verklemmung drückt ebenso radial außenseitig zwischen der ersten Klemmkante 210 und der inneren Umfangsfläche 145 durch die elastische Verformung des Klemmelements 205 auf. Dadurch wird eine spielfreie Befestigung des Lagerbolzens an beiden Enden des Lagerbolzens 50 gewährleistet.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in den Ausführungsformen dargestellten Merkmale, insbesondere des Lagerbolzens 50 und der unterschiedlichen Klemmelemente 150, 170, 205, untereinander kombinierbar sind, um eine spielfreie Lagerung am linksseitig Ende des Lagerbolzens 50 zu gewährleisten.
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In der Ausführungsform sind wenigstens zwei Klemmelemente 150 im Aufnahmebereich 145 angeordnet. Zu einer günstigen Abstützung sind vorteilhafterweise wenigstens drei Klemmelemente 150 oder besser sechs Klemmelemente 150 angeordnet, die symmetrisch an der inneren Umfangsfläche 140 der Aufnahme angeordnet sind.
