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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radlager für die rotatorische Lagerung einer Radnabe eines Fahrzeugs sowie eine Radlagervorrichtung mit einem Radlager.
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Es ist grundsätzlich bekannt, dass Radlager für die rotatorische Lagerung einer Radnabe eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Dabei handelt es sich insbesondere um die Übergabe von Kräften von dem Rad des Fahrzeugs auf die Karosserie des Fahrzeugs. Eine Radnabe ist dabei vorzugsweise flanschartig ausgebildet und dient dazu, über Verschraubungen das Rad sowie weitere Bestandteile, z. B. die Bremsscheibe, zu befestigen. Solche Radlager können einreihig oder mehrreihig ausgebildet sein und weisen üblicherweise eine innere und eine äußere Lagerschale auf. In den beiden Lagerschalen sind üblicherweise Laufbahnen vorgesehen, so dass in dem Lagerraum zwischen den beiden Lagerschalen angeordnete Wälzkörper auf den Laufbahnen abrollen können. Darüber hinaus weist das Radlager üblicherweise Kontaktflächen auf, welche zur Kontaktierung benachbarter Bauteile dienen. Diese Kontaktierung kann insbesondere dem Zweck der Zentrierung sowie dem Zweck der Kraftübertragung dienen. Mit anderen Worten können diese Kontaktflächen auch aufgeteilt werden in sogenannte Zentrierflächen und sogenannte Kraftübertragungsflächen. Grundsätzlich sind Lagersysteme, insbesondere Lagersysteme, welche sich mit der Temperierung des Lagers beschäftigen, aus den Dokumenten
DE 10 2011 000 626 A1 , der
DE 30 17 757 A1 oder der
DE 101 33 985 A1 bekannt. Auch die
DE 32 39 802 A1 sowie die
US 2005/0078901 A1 behandeln grundsätzlich Lagersysteme, welche im Bereich der Radaufhängung anzutreffen sind.
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Nachteilhaft bei bekannten Radlagern ist es, dass eine Anlaufphase für das Warmlaufen des Radlagers zu berücksichtigen ist. Insbesondere bei Radlagern, deren Lagerraum mit einem Schmiermittel ausgefüllt ist, ist während der Startphase dieses Schmiermittel noch auf Umgebungstemperatur. Durch das Anlaufen wird Reibung im Schmiermittel und zwischen den einzelnen Lagerbauteilen erzeugt. Diese Reibung erwärmt das Lager, den Lagerraum und insbesondere das Schmiermittel. Durch die Erwärmung reduziert sich die Viskosität des Schmiermittels, wodurch Scherkräfte und damit also die innere Reibung des Schmiermittels reduziert werden können. Nach Erreichen eines aus Wärmeerzeugungssicht stationären Zustands, also nach Beendigung der Startphase, ist die Viskosität reduziert und damit eine geringere Reibung im Betrieb des Radlagers vorhanden. Für den Start ist jedoch mit einer höheren Reibung zu rechnen. Bei kalten Außentemperaturen bzw. bei häufigen Start- und Stoppfahrten des Radlagers kann es sein, dass die gewünschte ideale Temperatur des Schmiermittels niemals erreicht wird oder sich regelmäßig wieder reduziert. Dementsprechend führt ein instationärer Betrieb des Radlagers zur suboptimalen Betriebsweise hinsichtlich der Scherkräfte im Schmiermittel bzw. der Reibung innerhalb des Lagers.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher und kostengünstiger Weise die Reibungskräfte innerhalb des Radlagers, insbesondere die Scherkräfte des Schmiermittels innerhalb des Lagerraums, zu reduzieren.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Radlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Radlagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radlager beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Radlager dient der rotatorischen Lagerung einer Radnabe eines Fahrzeugs. Ein solches Radlager weist eine innere Lagerschale mit wenigstens einer inneren Laufbahn und eine äußere Lagerschale mit wenigstens einer äußeren Laufbahn auf. Weiter ist im Lagerraum zwischen den beiden Lagerschalen eine Vielzahl von Wälzkörper angeordnet, die auf den Laufbahnen abrollen. Darüber hinaus weist ein erfindungsgemäßes Radlager Kontaktflächen zur Kontaktierung wenigstens eines benachbarten Bauteils auf. Ein erfindungsgemäßes Radlager zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der Kontaktflächen eine Isolation aufweist, welche für die Wärmeisolation des Lagerraums ausgebildet ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Radlager ist der Lagerraum vorzugsweise als Fettraum ausgebildet und ist mit Schmiermittel befüllt. Insbesondere handelt es sich bei einem Schmiermittel um ein Schmierfett bzw. ein Lagerfett. Die ideale Viskosität hinsichtlich einer reduzierten Scherkraft und minimierter Reibung im Radlager wird dabei vorzugsweise bei einer Betriebstemperatur im Bereich von ca. 60° Celsius bis ca. 90° Celsius erreicht.
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Kontaktflächen des Radlagers sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Flächen der einzelnen Bauteile, welche zur Kontaktierung benachbarter Bauteile dienen. Zweck dieser Kontaktierung kann z. B. die Zentrierung des Radlagers am benachbarten Bauteil, also z. B. am Radträger und/oder der Radnabe sein. Zusätzlich oder alternativ können die Kontaktflächen auch zur Kraftübertragung ausgebildet sein und dementsprechend Lagerflächen bilden.
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Kontaktflächen, welche die Kontaktierung zwischen dem Radlager und dem benachbarten Bauteil herstellen, bilden auf diese Weise eine Wärmebrücke. Sich erhöhende Temperatur, welche durch Wärmeeintrag in den Lagerraum des Radlagers gelangt, kann über diese Wärmebrücken abfließen. Die benachbarten Bauteile wirken über diese Wärmebrücke als Wärmesenke, so dass entstehende Wärme bzw. eingebrachte Wärme aus dem Inneren des Radlagers auf diese Weise entweichen kann.
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Erfindungsgemäß ist an genau diesen Kontaktflächen nun eine Bremse dieser Wärmebrücke vorgesehen. Dafür ist eine Isolation vorhanden, welche die Wärmeisolation des Lagerraums ausbildet. Eine Isolation kann dabei in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. So sind grundsätzlich fluide Stoffe, insbesondere Luft, als Isolationsmaterial vorsehbar. Auch ist es möglich, dass Feststoffe, z. B. Isolationsmaterial aus Kunststoff, eingesetzt werden können. Somit ist eine passive Wärmedämmung vorgesehen, welche Wärmeeintrag bzw. Wärmeerzeugung zu einem größeren Teil im Lagerraum des Radlagers belässt. Dies führt dazu, dass ein erwärmtes Radlager diesen erwärmten Status mit damit auch einhergehender reduzierter Viskosität des Schmiermittels über einen längeren Zeitraum auch nach Beendigung der Rotation des Radlagers beibehält. Wird bei einem erfindungsgemäßen Radlager ein zusätzliches Heizelement zur Erzeugung von aktivem Wärmeeintrag verwendet, so kann dieses durch die Verwendung der Isolation mit geringerer Leistung ausgelegt werden. Es kann also zusammengefasst werden, dass die Verlustleistung durch Wärmeabfuhr durch die erfindungsgemäße Anordnung der Isolation an wenigstens einer der Kontaktflächen reduziert, insbesondere minimiert wird.
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Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, dass bei einem erfindungsgemäßen Radlager die Radnabe Teil einer Lagerschale sein kann. Auch kann ein erfindungsgemäßes Radlager für unterschiedlichste Konstruktionsweisen vorgesehen sein. Insbesondere ist es einsetzbar als Konstruktionsweise als Radlager der zweiten Generation bzw. als Radlager der dritten Generation. Diese beiden Generationen unterscheiden sich hinsichtlich der Ausführungsform des Radlagers voneinander. So ist ein Radlager der zweiten Generation an seiner äußeren Lagerschale mit einem Radträger verbunden. Die innere Lagerschale ist als Kontaktfläche zur Kraftübertragung mit der Radnabe ausgebildet. Bei einem Radlager der dritten Generation ist die Anordnung umgekehrt, so dass die Radnabe auf der äußeren Lagerschale aufsitzt, während die innere Lagerschale auf einem Fortsatz bzw. einem Wellenabsatz des Radträgers aufgesetzt ist. Bei einem Radlager der dritten Generation ist es insbesondere möglich, dass die Radnabe als integraler Bestandteil der äußeren Lagerschale ausgebildet ist.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Radlager die Isolation als Aussparung in der Kontaktfläche ausgebildet ist. Diese Aussparung ist dementsprechend z. B. mit einem Fluid gefüllt. Insbesondere handelt es sich dabei um Luft. Durch die Reduktion der Gesamtfläche der Kontaktfläche aufgrund der Aussparung wird damit der Querschnitt der Wärmebrücke, wie beschrieben, reduziert. Da der Wärmetransport durch Wärmeleitung vom zur Verfügung stehenden Querschnitt abhängt, wird durch diese Aussparung und die damit einhergehende Reduktion der Wärmeübertragungsfläche eine Isolationswirkung in erfindungsgemäßer Weise erzielt. Diese Aussparung und die damit einhergehende Reduktion der Kontaktfläche werden insbesondere bei Kontaktflächen in Form von Zentrierflächen von Vorteil sein. So kann z. B. die Reduktion auf einen Zentrierbund erfolgen. Dieser Zentrierbund kann in Umfangsrichtung darüber hinaus von weiteren Aussparungen unterbrochen sein. Insbesondere ist also eine Reduktion der Kontaktflächen in axialer Richtung und zumindest teilweise in Umfangsrichtung vorgesehen. Bei Vorsehung von Aussparungen in Umfangsrichtung werden insbesondere drei Kontaktumfangsabschnitte beibehalten, so dass eine im Wesentlichen kippsichere Abstützung zur Zentrierung weiterhin möglich ist.
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Bei der Ausführungsform, wie sie im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, kann es von Vorteil sein, wenn die Aussparung gegen Fluidaustausch abgedichtet ist. Dies kann durch Wellenabsätze zur Verfügung gestellt werden. Auch sind separate Dichtmittel denkbar, welche den Fluidaustausch verhindern oder reduzieren. Bei besonders guter Abdichtung ist es sogar möglich, dass die Aussparung nicht mehr mit Fluid gefüllt ist, sondern mit einem Vakuum versehen wird. Auf diese wird Weise die Isolationswirkung der Aussparung noch weiter verbessert werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Radlager die Isolation aus Isolationsmaterial ausgebildet ist. Bei dem Isolationsmaterial handelt es sich insbesondere um einen Feststoff bzw. einen Feststoff mit Gaseinschlüssen. So können Kunststoffe als Material eingesetzt werden. Insbesondere sind auch Schaummaterialien, also die Kombination aus einem Feststoff und einem Fluid, als Isolationsmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar. Dieses Isolationsmaterial kann z. B. in einer zugehörigen Aufnahme des Radlagers vorgesehen sein. Bei einer Aussparung, wie sie in den voranstehenden beiden Absätzen erläutert worden ist, kann diese mit Isolationsmaterial in diesem Sinne ausgefüllt werden.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Radlager die Isolation auf einer Kontaktfläche wenigstens einer der beiden Lagerschalen ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die beiden Lagerschalen als Träger der Isolation dienen. Da üblicherweise die beiden Lagerschalen die äußersten Bestandteile des Radlagers bilden, weisen sie häufig auch die größten Kontaktflächen zu benachbarten Bauteilen auf. Neben Zentrierflächen sind dies insbesondere die Lagerflächen, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung als Kontaktflächen wirken. Durch die Isolation dieser Kontaktflächen wird besonders wirkungsvoll die Wärmeisolation des Radlagers und insbesondere des Lagerraums erzielt. Vorzugsweise weist zumindest eine der beiden Lagerschalen zusätzliche Kraftübertragungsabschnitte auf, welche z. B. flanschartiger Natur sein können. Somit kann ein größerer Wärmeübertragungswiderstand zu diesen Flanschflächen bereits durch das Material dieser Flanschflächen zur Verfügung gestellt werden. Die Abdichtung über die Kontaktflächen und die Kraftübertragung durch die flanschartige Montage können somit örtlich voneinander getrennt werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Radlager eine zusätzliche Isolation separat von den Kontaktflächen für die Wärmeisolation des Lagerraums nach außen ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich bei dieser zusätzlichen Isolation um ein Isolationsmaterial, wie es bereits erläutert worden ist. Neben der Reduktion der Wirkung der Wärmebrücken wird auf diese Weise eine Abtragung von Wärme aus dem Lagerraum nach außen reduziert. Dies ist insbesondere durch Konvektion von Luftströmung an der Außenfläche des Radlagers, welche nicht als Kontaktfläche dient, ein Problem. Damit wird eine zusätzliche Wärmedämmung zur Verfügung gestellt, so dass der Grad der Wärmeerhaltung innerhalb des Lagerraums weiter verbessert werden kann.
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Ebenfalls von Vorteil ist es weiterhin, wenn bei einem erfindungsgemäßen Radlager zumindest ein Heizelement für die Erwärmung des Lagerraums vorgesehen ist. Neben den bisher beschriebenen Methoden einer passiven Wärmeerhaltung kann neben der Wärmeerzeugung durch Reibung im Betrieb des Radlagers somit nun aktiv die Startphase und damit die Aufheizung verbessert werden. Das Heizelement kann insbesondere bereits vor Rotationsbeginn des Radlagers auf die gewünschte Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Bei einem Heizelement handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Heizelement, z. B. in Form von einem Heizdraht oder einer Heizschicht. Das Heizelement kann z. B. in einer der beiden Lagerschalen angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass eine Anordnung des Heizelements im Inneren des Lagerraums erfolgt. Ist der Lagerraum abgedichtet, so kann eine Anbringung des Heizelements an der Lagerdichtung bzw. innerhalb des Materials der Lagerdichtung erfolgen.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Radlagervorrichtung mit einem Radlager, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus wird mittels des Radlagers eine Radnabe gelagert, wobei die Radnabe Kontaktflächen für die Kontaktierung mit dem Radlager aufweist. Weiter weist wenigstens eine der Kontaktflächen der Radnabe eine Isolation auf, welche für die Wärmeisolation des Lagerraums ausgebildet ist. Wie bereits erläutert worden ist, wird durch die Kontaktfläche zwischen dem Radlager und benachbarten Bauteilen, insbesondere mit der Radnabe, eine Wärmebrücke ausgebildet. Um diese Wärmebrücke in erfindungsgemäßer Weise gegen Wärmeübertragung zu dämmen, kann neben einer passiven Isolation des Radlagers auch auf der gegenüberliegenden Seite, also bei der kontaktierenden Kontaktfläche der Radnabe eine entsprechende Isolation vorgesehen sein. Selbstverständlich können die Isolationen auch zueinander kombinierend zusätzlich ausgebildet sein. Eine erfindungsgemäße Radlagervorrichtung bringt dementsprechend die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Radlager erläutert worden sind.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung die Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, wie sie ausführlich mit Bezug auf das Radlager erläutert worden ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlagers,
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2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlagers,
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3 die Ausführungsform der 2 im schematischen Teilquerschnitt und
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4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlagers.
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In 1 ist in einem schematischen Querschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlagers 10 dargestellt. Dieses weist im vollen Umfang, im Querschnitt gut zu erkennen, zwei Lagerschalen 20 und 30 auf. Die innere Lagerschale ist mit einer inneren Laufbahn 22 und die äußere Lagerschale 30 mit einer äußeren Laufbahn 32 versehen. Zwischen diesen beiden Lageschalen 20 und 30 ist ein Lagerraum 40 ausgebildet, in welchem Wälzkörper 50 in kugelförmiger Weise aufgenommen sind. Die Wälzkörper 50 rollen auf den Laufbahnen 22 und 32 ab.
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Gemäß 1 ist eine komplette Radlagervorrichtung 100 dargestellt. So ist zusätzlich zum Radlager 10 hier auch eine Radnabe 110 schematisch dargestellt (aus Übersichtlichkeitsgründen nur am unteren Teil des Querschnitts dargestellt). Diese Radnabe 110 dient zur Befestigung des Rads und/oder weiterer Bauteile, wie z. B. der Bremsscheibe. Zwischen der inneren Lagerschale 20 und der Radnabe 110 ist eine Kontaktfläche 90 vorhanden. Darüber hinaus ist auch zwischen der äußeren Lagerschale 30 und dem benachbarten Bauteil, welches z. B. ein Radträger sein kann, eine Kontaktfläche 90 vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform der 1 ist darüber hinaus ein zusätzliches aktives Heizelement 60 zu erkennen. Dieses ist im Material der äußeren Lagerschale 30 angeordnet.
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Für den Einsatz des Radlagers 10 kann nun durch passive Erwärmung in Form von Reibungswärme und/oder durch aktive Erwärmung mittels des Heizelements 60 die Temperatur im Lagerraum 40 erhöht werden. Durch das Erhöhen reduziert sich die Viskosität des darin enthaltenen Schmiermittels. Um nun in erfindungsgemäßer Weise sicherzustellen, dass die Erwärmung möglichst schnell vonstattengeht und/oder eine Auskühlung möglichst wirksam vermieden wird, ist bei dieser Ausführungsform auf einer der Kontaktflächen 90 eine zusätzliche Isolation 96 in Form von Isolationsmaterial 94 vorgesehen. Diese führt dazu, dass ein Wärmeabtrag über diese Nebenfläche über die zusätzliche Isolation 94 wirksam verhindert wird.
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Die 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung 100. Diese Variante ist insbesondere auch mit der Variante gemäß der 1 kombiniert. Bei dieser Variante ist an den beiden Kontaktflächen 90 des Radlagers 10 eine entsprechende Isolation 92 vorgesehen. Bei der äußeren Lagerschale 30 ist auf der Kontaktfläche 90 ein Isolationsmaterial 94 ausgebildet. Damit wird die Wärmeübertragungsfläche in diesem Bereich der Kontaktfläche 90 minimiert. Eine Wärmeisolation zur Beibehaltung der Wärme im Lagerraum 40 ist die Folge.
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2 ist weiter eine zusätzliche Isolation nach innen zu entnehmen. So weist die Radnabe 110 hier eine Aussparung auf, welche mit Luft ausgefüllt ist. Diese wirkt somit als Isolation 92 im Sinne der vorliegenden Erfindung. Hier ist gut zu erkennen, dass die Isolation sowohl an den Kontaktflächen 90 des Radlagers 10 als auch an entsprechenden Kontaktflächen 112 der Radnabe 110 vorgesehen sein kann.
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3 zeigt die Möglichkeit für die Ausbildung der Aussparungen als Isolation 92. So sind hier in Umfangsrichtung drei Kontaktabschnitte als Kontaktfläche 112 beibehalten, so dass in Umfangsrichtung noch eine Zentrierung vorgenommen werden kann. In axialer Richtung ist die Länge der Aussparung in 2 zu erkennen.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radlagers 10 bzw. einer erfindungsgemäßen Radlagervorrichtung 100. Bei dieser Ausführungsform ist die äußere Lagerschale 30 integral mit der Radnabe 110 ausgebildet. Um eine Wärmeabgabe über die übrigen Flächen der äußeren Lagerschale 30 zu vermeiden, ist eine zusätzliche Isolation 96 in Form von Isolationsmaterial 94 vorgesehen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Radlager
- 20
- innere Lagerschale
- 22
- innere Laufbahn
- 30
- äußere Lagerschale
- 32
- äußere Laufbahn
- 40
- Lagerraum
- 50
- Wälzkörper
- 60
- Heizelement
- 90
- Kontaktfläche
- 92
- Isolation
- 94
- Isolationsmaterial
- 96
- zusätzliche Isolation
- 100
- Radlagervorrichtung
- 110
- Radnabe
- 112
- Kontaktflächen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011000626 A1 [0002]
- DE 3017757 A1 [0002]
- DE 10133985 A1 [0002]
- DE 3239802 A1 [0002]
- US 2005/0078901 A1 [0002]
