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Die Erfindung betrifft einen Rollenstößel für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Der Rollenstößel dient der Abstützung eines Pumpenkolbens der Kolbenpumpe an einem Nocken einer Antriebswelle. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, mit einem solchen Rollenstößel.
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Stand der Technik
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Ein Rollenstößel der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 223 413 A1 hervor. Der bekannte Rollenstößel weist ein Stößelteil auf, in dem eine Rolle mittelbar über eine Lagerbuchse auf einem Bolzen drehbar gelagert ist. Über die drehbar gelagerte Rolle ist der Rollenstößel an einer Antriebseinrichtung abstützbar. Da der Bolzen in seitliche Öffnungen des Stößelteils aufgenommen ist, wird über den Bolzen zugleich eine Lagefixierung der Rolle und der Lagerbuchse in radialer Richtung bewirkt. Die axiale Lagefixierung erfolgt durch Anlaufflächen, die innenumfangseitig am Stößelteil ausgebildet sind. Um die Lage des Bolzens in axialer Richtung zu fixieren, ist ein ringförmiges Sicherungselement in Form eines Sprengrings vorgesehen, durch welches die axiale Lage des Bolzens in Bezug auf die Lagerbuchse vorgegeben ist.
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Die einseitige Anordnung eines Sicherungselements zur axialen Lagefixierung des Bolzens führt zu einem asymmetrischen Aufbau. Dieser kann sich als nachteilig erweisen, insbesondere im Hinblick auf Verschleiß, da der asymmetrische Aufbau zu einer asymmetrischen Belastung führt.
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Ausgehend von dem vorstehend zitierten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rollenstößel für eine Kolbenpumpe anzugeben, der weniger verschleißbehaftet und einfach zu montieren ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird der Rollenstößel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Kolbenpumpe mit einem solchen Rollenstößel angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der für eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoffhochdruckpumpe, zur Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens an einem Nocken einer Antriebswelle vorgeschlagene Rollenstößel umfasst einen Stößelkörper und eine hohlzylinderförmige Rolle, die in einer stirnseitigen Ausnehmung des Stößelkörpers bereichsweise aufgenommen und unmittelbar oder mittelbar über eine Lagerbuchse auf einem Bolzen drehbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist der Bolzen mehrteilig ausgebildet und umfasst ein stiftförmiges Teil zur Verbindung mit dem Stößelkörper sowie ein buchsenförmiges Teil zur drehbaren Lagerung der Rolle und/oder der Lagerbuchse, wobei das stiftförmige Teil und das buchsenförmige Teil kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sind.
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Die mehrteilige Ausbildung des Bolzens macht einen Sicherungsring zur axialen Lagefixierung des Bolzens entbehrlich. Denn das stiftförmige Teil und das buchsenförmige Teil können getrennt montiert werden.
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Bevorzugt wird zunächst das buchsenförmige Teil des Bolzens, und zwar gemeinsam mit der Rolle und – sofern vorhanden – der Lagerbuchse, von unten in die stirnseitige Ausnehmung des Stößelkörpers eingesetzt. Anschließend wird das stiftförmige Teil in das buchsenförmige Teil eingeführt, wobei das Einführen des stiftförmigen Teils in das buchsenförmige Teil über eine seitliche Ausnehmung des Stößelkörpers erfolgt. Mit Einführen des stiftförmigen Teils in das buchsenförmige Teil werden beide Teile zugleich kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden, um eine Relativbewegung des stiftförmigen Teils gegenüber dem buchsenförmigen Teil in axialer Richtung zu unterbinden.
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Der Wegfall des einseitig angeordneten Sicherungsrings zur axialen Lagefixierung des Bolzens gegenüber dem Stößelkörper ermöglicht einen symmetrischen Aufbau des Rollenstößels. Der symmetrische Aufbau wiederum führt zu einer gleichmäßigen Belastung des Rollenstößels im Betrieb der Kolbenpumpe und vermag auf diese Weise den Verschleiß am Rollenstößel sowie am Nocken der Antriebswelle zu verringern.
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Die kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung des stiftförmigen Teils und des buchsenförmigen Teils wirkt einer Relativbewegung der beiden Teile zueinander entgegen. Auf diese Weise kann ein seitliches Anlaufen des buchsenförmigen Teils des Bolzens am Stößelkörper verhindert werden, was sich ebenfalls verschleißmindernd auswirkt.
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Zugleich ist durch die mehrteilige Ausführung des Bolzens sichergestellt, dass der Rollenstößel – wie vorstehend beispielhaft beschrieben – einfach zu montieren ist.
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Bevorzugt wird bei der Montage des Rollenstößels das stiftförmige Teil in das buchsenförmige Teil eingepresst und/oder eingeklebt. Die kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung der beiden Teile des Bolzens wird demnach bevorzugt durch eine Press- und/oder Klebeverbindung bewirkt. Durch beide Verbindungarten – jeweils allein oder in Kombination – kann in einfacher Weise eine axiale Lagefixierung der beiden Teile zueinander bewirkt werden.
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Zur Verbindung des stiftförmigen Teils mit dem Stößelkörper weist dieses bevorzugt eine größere Länge als das buchsenförmige Teil des Bolzens auf. Das heißt, dass das stiftförmige Teil zwei das buchsenförmige Teil überragende Endabschnitte besitzt, über welche das stiftförmige Teil mit dem Stößelkörper verbindbar bzw. verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch Einpressen oder „Einclipsen“ erfolgen. Beim „Einclipsen“ wird das stiftförmige Teil des Bolzens mit Spielpassung eingeführt. Zur Lagefixierung bedarf es keiner weiteren Sicherungselemente, insbesondere bedarf es keines Sicherungsrings, so dass die erforderliche Verbindung in einfacher Weise herstellbar ist.
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Der Stößelkörper weist zur Verbindung mit dem stiftförmigen Teil des Bolzens bevorzugt zwei Ausnehmungen auf, in welche die Endabschnitte des stiftförmigen Teils eingesetzt sind. Vorzugsweise sind die beiden Ausnehmungen als Radialbohrungen ausgebildet, so dass der Stößelkörper die Endabschnitte des stiftförmigen Teils des Bolzens vollständig umschließt. Der gebaute Bolzen einschließlich der Rolle und – sofern vorhanden – der Lagerbuchse, ist auf diese Weise verliersicher im Stößelkörper gehalten.
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Gegenüber den beiden Radialbohrungen des Stößelkörpers können die beiden Endabschnitte des stiftförmigen Teils des Bolzens ein Pressübermaß aufweisen, so dass mit Einsetzen des stiftförmigen Teils in die Radialbohrungen eine Pressverbindung erzielbar ist. Bevorzugt wird der Bolzen jedoch mit einer Spielpassung eingesetzt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zwischen dem buchsenförmigen Teil des Bolzens und der Rolle ein Gleitlager ausgebildet ist. Das Gleitlager verringert die Reibung zwischen den beiden Reibpartnern, wenn die Rolle außenumfangseitig am Nocken abläuft. Auf diese Weise kann der Verschleiß im Lagerbereich gemindert werden.
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Erfolgt die drehbare Lagerung der Rolle auf dem Bolzen nicht unmittelbar, sondern mittelbar über eine zwischen der Rolle und dem Bolzen angeordnete Lagerbuchse, ist vorzugsweise das Gleitlager zumindest zwischen dem buchsenförmigen Teil des Bolzens und der Lagerbuchse ausgebildet. Der verschleißmindernde Effekt ist auch in diesem Fall gegeben. Vorzugsweise ist ferner ein Gleitlager zwischen der Lagerbuchse und der Rolle ausgebildet, um den Verschleiß auch im Bereich dieser beiden Reibpartner zu minimieren.
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Vorteilhafterweise ist zumindest das stiftförmige Teil des Bolzens aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt. Ein metallischer Bolzen bzw. ein aus Metall gefertigtes stiftförmiges Teil ist besonders robust und belastbar. Ferner weisen Bauteile aus Metall eine hohe mechanische Festigkeit, insbesondere Formsteifigkeit, auf, so dass eine sichere Pressverbindung zwischen zwei metallischen Bauteilen, beispielsweise zwischen dem stiftförmigen Teil des Bolzens und dem Stößelkörper und/oder zwischen dem stiftförmigen Teil und dem buchsenförmigen Teil des Bolzens, herstellbar ist.
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Sofern auch das buchsenförmige Teil des Bolzens aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt ist, wird ergänzend vorgeschlagen, dass dieses außenumfangseitig eine Beschichtung, insbesondere eine Kohlenstoffbeschichtung, besitzt. Über eine solche Beschichtung kann die Reibung zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Rolle bzw. zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Lagerbuchse weiter verringert werden.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass das buchsenförmige Teil ganz oder teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff, insbesondere aus Kunststoff oder Keramik, gefertigt ist. Durch Verwendung eines nichtmetallischen Werkstoffs kann die Reibung im Lagerbereich zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Rolle bzw. zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Lagerbuchse verringert werden. Insbesondere kann der nichtmetallische Werkstoff zur Ausbildung eines Gleitlagers eingesetzt werden. Sofern das buchsenförmige Teil lediglich teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff gefertigt ist, ist dieser daher bevorzugt radial außen angeordnet. Radial innen kann das buchsenförmige Teil weiterhin aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein, um einen sicheren Presssitz des stiftförmigen Teils im buchsenförmigen Teil des Bolzens zu gewährleisten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das stiftförmige Teil und das buchsenförmige Teil genau mittig in Bezug auf die Rolle und/oder die Lagerbuchse angeordnet. Der Rollenstößel kann in diesem Fall völlig symmetrisch aufgebaut werden, wobei als Symmetrieachse die Längsachse des Rollenstößels dient.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das buchsenförmige Teil in Längsrichtung zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich eines Endabschnitts, eine ballig oder logarithmisch geschliffene Außenkontur aufweist. Durch diese Maßnahme kann bei Schiefstellung der Rolle und/oder der Lagerbuchse die Kantenpressung im Lagerbereich zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Rolle bzw. zwischen dem buchsenförmigen Teil und der Lagerbuchse reduziert werden. Das heißt, dass der Verschleiß im Lagerbereich weiter verringert wird.
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Die zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, zeichnet sich durch einen erfindungsgemäßen Rollenstößel aus. Der Rollenstößel dient der Abstützung eines hubbeweglichen Pumpenkolbens an einem Nocken einer Antriebswelle. Durch den Rollenstößel kann die Kolbenpumpe besonders verschleißarm betrieben werden, so dass diese eine lange Lebensdauer aufweist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kolbenpumpe als Steckpumpe ausgeführt. Bei einer Steckpumpe kommen die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen. Denn die Rolle kann über den mehrteilig ausgeführten Bolzen verliersicher im Stößelkörper drehbar gelagert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe im Bereich des Rollenstößels,
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2 eine vereinfachte Darstellung des Rollenstößels der 1 vor der fertigen Montage,
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3 eine vereinfachte Darstellung des Rollenstößels der 1 nach der fertigen Montage,
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4 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich der Rollenlagerung des Rollenstößels,
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5 einen vergrößerten Ausschnitt analog der 4 im Bereich der Rollenlagerung eines Rollenstößels mit modifiziertem Aufbau,
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6 eine vereinfachte Darstellung eines modifizierten Rollenstößels und
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7 einen vergrößerten Ausschnitt analog der 4 bzw. – der 5 im Bereich der Rollenlagerung eines Rollenstößels mit modifizierter Außenkontur.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist ein erfindungsgemäßer Rollenstößel 1 für eine Kolbenpumpe zu entnehmen, welcher der Abstützung eines Pumpenkolbens 2 an einem Nocken 3 einer Antriebswelle 4 dient. Die Antriebswelle 4 einschließlich des Nockens 3 rotiert um eine Drehachse 19. Durch den Rollenstößel 1 wird die Rotation der Antriebswelle 4 in eine Hubbewegung des Pumpenkolbens 2 umgesetzt, wobei sich der Pumpenkolben 2 in Richtung seiner Längsachse 20 hin und her bewegt.
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Der Rollenstößel 1 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 5, über den der Rollenstößel 1 in einer Bohrung 17 eines Gehäuses 18 hubbeweglich geführt ist. Der Stößelkörper 5 weist eine stirnseitige Ausnehmung 7 auf, in der eine hohlzylinderförmige Rolle 6 eingesetzt ist. Die hohlzylinderförmige Rolle 6 ist über einen Bolzen 9 um eine Drehachse 21 drehbar gelagert, so dass die Rolle 6 bei einer Rotation der Antriebswelle 4 am Außenumfang des Nockens 3 abzulaufen vermag. In radialer Richtung wird die Rolle 6 vom Bolzen 9 gehalten, während in axialer Richtung innenumfangseitig am Stößelkörper 5 ausgebildete Anlaufflächen 23 eine Lageänderung der Rolle 6 verhindern.
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Der Bolzen 9 ist vorliegend mehrteilig ausgeführt. Er umfasst ein stiftförmiges Teil 9.1 sowie ein buchsenförmiges Teil 9.2. Die mehrteilige Ausführung des Bolzens 9 erleichtert die Montage des Rollenstößels 1.
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Wie beispielhaft in der 2 dargestellt, wird zunächst das buchsenförmige Teil 9.2 mit aufgesetzter Rolle 6 von unten in die stirnseitige Ausnehmung 7 des Stößelkörpers 5 eingesetzt. Anschließend wird das stiftförmige Teil 9.1 über eine seitliche Ausnehmung 13 des Stößelkörpers 5 in das buchsenförmige Teil 9.2 eingepresst, so dass Endabschnitte 10, 11 des stiftförmigen Teils 9.1 das buchsenförmige Teil 9.2 beidseits überragen. Die Endabschnitte 10, 11 des stiftförmigen Teils 9.1 kommen somit in der Ausnehmung 13 sowie einer der Ausnehmung 13 gegenüber liegenden Ausnehmung 12 des Stößelkörpers 5 zu liegen. Das stiftförmige Teil 9.1 sitzt mit Spiel in den Ausnehmungen 12, 13 des Stößelkörpers 5. Aufgrund der Kontaktpressung im Lagerbereich dreht es im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 dennoch nicht mit bzw. nur am Anfang, wenn die Last noch gering ist.
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Alternativ oder ergänzend können die beiden Teile 9.1, 9.2 des Bolzens 9 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, beispielsweise über eine Klebeverbindung 22. Eine solche Klebeverbindung 22 ist beispielhaft in den 4 und 5 dargestellt.
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Die Lage des mehrteilig ausgeführten Bolzens 9 in Bezug auf den Stößelkörper 5 ist durch die kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung der beiden Teile 9.1, 9.2 untereinander und der zumindest kraftschlüssigen Verbindung des stiftförmigen Teils 9.1 mit dem Stößelkörper 5 in axialer und radialer Richtung fixiert. Eines zusätzlichen Sicherungselements, insbesondere eines Sicherungsrings, bedarf es demnach nicht. Dies hat den Vorteil, dass der Rollenstößel 1 völlig symmetrisch aufgebaut werden kann.
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Die 3 zeigt den Rollenstößel 1 der 2 nach der Montage des mehrteilig ausgeführten Bolzens 9. Die Rolle 6 kommt mittig in Bezug auf das buchsenförmige Teil 9.2 des Bolzens 9 zu liegen, so dass dieser über seine gesamte Länge gleichmäßig belastet wird (siehe Pfeile 23 in der 3). Das buchsenförmige Teil 9.2 bildet zugleich ein Gleitlager 14 für die Rolle 6 aus, so dass der Verschleiß im Lagerbereich weiter gemindert wird. Das buchsenförmige Teil 9.2 ist wiederum mittig in Bezug auf das stiftförmige Teil 9.1 angeordnet, so dass die Last über Endabschnitte 10, 11 des stiftförmigen Teils 9.1 gleichmäßig in den Stößelkörper 5 abgeleitet wird.
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Der Bolzen 9 des Rollenstößels 1 der 1 bis 3 ist aus Metall, insbesondere aus Stahl, gefertigt. Um den Verschleiß im Bereich des Gleitlagers 14 zu mindern, kann – wie in der 4 beispielhaft dargestellt – das buchsenförmige Teil 9.2 außenumfangseitig mit einer Beschichtung 15, insbesondere einer Kohlenstoffbeschichtung, versehen sein.
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Alternativ kann das buchsenförmige Teil 9.2 des Bolzens 9 aus einem nichtmetallischen Werkstoff, insbesondere aus Kunststoff oder Keramik gefertigt sein, um das Gleitlager 14 auszubilden. Diese Ausführungsform ist in der 5 beispielhaft dargestellt.
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Alternativ oder ergänzend kann das buchsenförmige Teil 9.2 eine ballig oder logarithmisch geschliffene Außenkontur 16 besitzen. Auch diese Ausführungsform ist beispielhaft in der 5 dargestellt.
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Anstelle einer ballig oder logarithmisch geschliffenen Außenkontur 16, die sich über die gesamte Länge des buchsenförmigen Teils 9.2 erstreckt, kann das buchsenförmige Teil 9.2 auch eine Außenkontur 16 besitzen, die lediglich im Bereich ihrer beiden Enden abfallend ausgeführt ist. Im Übrigen kann das buchsenförmige Teil 9.2 hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ist beispielhaft in der 7 dargestellt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rollenstößels 1 ist der 6 zu entnehmen. Hier erfolgt die drehbare Lagerung der Rolle 6 auf dem Bolzen 9 mittelbar über eine Lagerbuchse 8. Jeweils ein Gleitlager 14 wird zwischen der Lagerbuchse 8 und dem buchsenförmigen Teil 9.2 des Bolzens 9 sowie zwischen der Lagerbuchse 8 und der Rolle 6 ausgebildet. Auch hier bedarf es keines zusätzlichen Sicherungselements, insbesondere keines zusätzlichen Sicherungsrings, um die axiale und radiale Lage des Bolzens 9 gegenüber dem Stößelkörper 5 zu fixieren. Der Bolzen 9 gewährleistet zugleich eine Fixierung der Rolle 6 und der Lagerbuchse 8 in radialer Richtung, während die axiale Lagefixierung über die seitlichen Anlaufflächen 23 sichergestellt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012223413 A1 [0002]
