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Die Erfindung betrifft eine Planetengetriebestufe, insbesondere für ein Windkraftgetriebe einer Windkraftanlage, mit einer Gleitlageranordnung für die Planetenradlagerung innerhalb der Planetengetriebestufe, umfassend mindestens drei Planetenradwellen, auf welche jeweils mindestens ein Planetenrad durch die Gleitlageranordnung drehbar gelagert ist, welche eine an der jeweiligen Planetenradwelle angebrachte Lagerbuchseneinheit zur kombinierten Axial- und Radiallagerung des Planetenrades aufweist.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Großgetriebebau. Insbesondere Windkraftgetriebe enthalten gewöhnlich mindestens eine Planetengetriebestufe zur Übersetzung einer getriebeeingangsseitig von einem windbeaufschlagten Rotor erzeugten Drehbewegung ins Schnelle, um getriebeausgangsseitig einen elektrischen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie anzutreiben. Die Lagerstellen derartiger Getriebe, beispielsweise die Planetenträgerlagerung, die Sonnenradwellenlagerung und insbesondere auch die Planetenradlagerung, können mit Wälzlagern oder Gleitlagern ausgestattet sein. Bei der im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierenden Gleitlagerung erfolgt die Lagerung über einen zwischen einem stehenden Bauteil und einem relativ hierzu drehenden Bauteil erzeugten Schmierölfilm, welcher über eine getriebeinterne Schmierölzuführung im Betrieb aufrechterhalten wird. Insbesondere die vorstehend erwähnte Planetenradlagerung ist wegen der meist schräg verzahnten Planetenräder sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung belastet und demzufolge zu lagern.
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Aus der
EP 2 662 598 A1 geht eine gattungsgemäße Planetengetriebestufe mit einer Gleitlageranordnung hervor, welche sowohl eine Radiallagerung als auch eine Axiallagerung der Planetenräder gewährleistet. Hierzu weist die Gleitlageranordnung eine radiale Kontaktfläche sowie hierzu beidseits benachbarte axiale Kontaktflächen auf. Bei der vorbekannten Gleitlageranordnung sind zwei Lagerhülsen vorgesehen, welche fest mit der Planetenradwelle verbunden sind. Jede Lagerhülse besitzt einen L-förmigen Querschnitt und weist die vorstehend erwähnte radiale Kontaktfläche sowie die axialen Kontaktflächen auf. Die L-förmigen Lagerhülsen bilden im montierten Zustand einen U-förmigen Querschnitt. In Axialrichtung ist das Lagerspiel durch beidseitige Anschläge blockiert. Ein Teil des Planetenrades befindet sich innerhalb des U-förmigen Querschnitts, welcher durch die Lagerhülsen gebildet ist. Im Rahmen der Gleitlageranordnung ist ein aus Gleitlagermaterial bestehender radialer Gleitträger zwischen der radialen Kontaktfläche der feststehenden, L-förmigen Lagerhülsen und der radialen Kontaktfläche des Planetenrades angeordnet. Außerdem ist ein ebenso aus Gleitlagermaterial bestehender axialer Gleitträger zwischen der axialen Kontaktfläche der feststehenden L-förmigen Lagerhülsen und der axialen Kontaktfläche des Planetenrades angeordnet. Bei dieser Gleitlageranordnung ist eine präzise Fertigung der L-förmigen Hülsen erforderlich, um eine möglichst konstante Schmierfilmdicke zu gewährleisten.
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Es ist die Auflage der vorliegenden Erfindung, die Gleitlageranordnung einer Planetengetriebestufe der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass eine kombinierte Axial- und Radiallagerung in fertigungstechnisch einfacher Weise ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Planetengetriebestufe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Lagerbuchseneinheit zur kombinierten Axial- und Radiallagerung ein Paar von konischen Lagerringen umfasst, die jeweils eine zylindrische Innenfläche sowie eine demgegenüber schräg hierzu verlaufende Außenfläche aufweisen, wobei die Innenfläche an der Planetenradwelle oder an mindestens einer hieran angebrachten inneren Gleitlagerbuchse zur Anlage kommt, wohingegen die Außenfläche mit einer korrespondierend hierzu geformten Lagerfläche seitens des Planetenrades oder eines ähnlichen Bauteils zur Bildung eines Gleitlagers zusammenwirkt.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem insgesamt drei Lagerflächen für die kombinierte Axial- und Radiallagerung zum Einsatz kommen, bei der hier interessierenden speziellen Anwendung einer Planetenradlagerung nur zwei abgeschrägt voneinander angeordnete Lagerflächen seitens des stehenden Bauteils sowie - gegenüberliegend - seitens des relativ hierzu rotierenden Bauteils verwendet werden. Aufgrund der im Rahmen der erfindungsgemäßen Lagerbuchseneinheit verwendeten konischen Lagerringe können die während des Betriebs auftretenden Verformungen innerhalb der Planetengetriebestufe funktionsgerecht kompensiert werden. Insbesondere gilt dies hinsichtlich der komplexen Belastungen, welche bei einer Windkraftanlage durch die vom Rotor her in das Windkraftgetriebe eingeleiteten Kräfte und Momente entstehen. Hierdurch wird der Verschleiß minimiert und die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung weist im Gegensatz zum Stand der Technik infolgedessen eine längere Standzeit auf.
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Vorzugsweise weist der konische Lagerring zur Bildung der erfindungsgemäßen Lagerbuchseneinheit einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Dies orientiert sich nicht an der strengen geometrischen Form eines Dreiecks. Vielmehr sind auch Abrundungen im Kantenbereich hiervon mit umfasst. Genauso beinhaltet der dreieckförmige Querschnitt auch geometrische Formen, bei denen spitzwinklige Endbereiche des Querschnitts abgeschnitten sind, so dass sich streng genommen hieraus eine polygonale Querschnittsgeometrie ergibt.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind zwei konische Lagerringe mit ihrer spitzwinkligen Seite aneinandergefügt, so dass sich hieraus eine O-Anordnung für die Gleitlageranordnung bildet. Hierdurch lässt sich eine besonders einfache Montage in Verbindung mit dem Planetenrad realisieren. Die Gleitlageranordnung kann mit oder ohne schwimmende Gleitlagerbuchse realisiert werden.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die beiden konischen Lagerringe im Prinzip back-to-back zueinander positioniert und bilden insoweit eine X-Anordnung für die Gleitlageranordnung. Auch hier ist eine Ausführung mit oder ohne schwimmende Gleitlagerbuchse denkbar.
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Die beiden Ausführungsformen für eine Gleitlageranordnung ermöglichen eine vornehmliche Radiallagerung des Planetenrades und gewährleisten zudem eine hinreichende Axiallagerung desselben, wobei sich die Geometrien der Bauteile der Gleitlageranordnung fertigungstechnisch einfach herstellen lassen.
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Vorzugsweise sind die beiden die Lagerbuchseneinheit bildenden konischen Lagerringe in der O-Anordnung oder der X-Anordnung lösbar an der Planetenradwelle fixiert. Dies kann beispielsweise über eine Verschraubung stattfinden. Hierdurch wird die Lagerbuchseneinheit gegen Verdrehung relativ zur Planetenradwelle gesichert. Diese Verdrehsicherung kann daneben beispielsweise auch über eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Profilverzahnung erfolgen.
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Daneben ist es auch möglich, die beiden konischen Lagerringe miteinander lösbar zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben. Die insoweit aneinander befestigten Lagerringe bilden eine stabile Lagerbuchseneinheit aus. Dabei ist weiterhin auch denkbar, dass axial zwischen den konischen Lagerringen mindestens ein Zwischenring angeordnet ist, um eventuell größere Lagerbreiten zu überbrücken oder hierüber mittels eines durch den Zwischenring verlaufenden Querkanals eine Schmierölzufuhr oder -abfuhr zum beziehungsweise vom Lagerspalt zu schaffen.
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Gemäß einer weiterhin die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die beiden konischen Lagerringe in einer hierzu korrespondierenden Aufnahmenut der Planetenradwelle angeordnet sind, die zumindest teilweise gemeinsam mit einem Planetenträger gebildet ist. Bei entfernter Planetenradwelle vom Planetenträger lassen sich die beiden konischen Lagerringe montieren. Nach der Montage bildet sich die im Wesentlichen U-förmige Aufnahmenut aus, in welcher die beiden konischen Lagerringe funktionsgerecht positioniert sind. Auf zusätzliche Verbindungsmittel kann - bis auf eine Verdrehsicherung - gegebenenfalls verzichtet werden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung wird vorgeschlagen, dass jedem konischen Lagerring eine innere Gleitlagerbuchse mit L-förmigem Querschnitt zugeordnet ist, die gemeinsam eine im Wesentlichen U-förmige Aufnahmenut bildend an der Planetenradwelle angebracht sind, wobei die konischen Lagerringe eine schwimmende Gleitlagerbuchsenanordnung bezüglich der inneren Gleitlagerbuchsen einerseits und dem Planetenrad bzw. einer hieran befestigten zusätzlichen Gleitlagerbuchse andererseits bilden. Bei dieser Ausführungsform bilden die konischen Lagerringe selbst also eine schwimmende Gleitlagerbuchsenanordnung, wobei sowohl deren Außenflächen als auch deren Innenflächen einen Gleitlagerspalt begrenzen. Hierdurch wird im Gegensatz zu an der Planetenradwelle fixierten konischen Lagerringen eine höhere Lagerqualität erzielt.
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Im Rahmen des hier interessierenden Anwendungsgebiets für die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung liegt der Winkel α zwischen der zylindrischen Innenfläche und der schräg hierzu verlaufenden Außenfläche jedes konischen Lagerrings im Bereich zwischen 2° bis 45°. Durch Variation des Winkels α innerhalb dieses Bereichs lässt sich die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung in einfacher Weise an das Verhältnis der auftretenden Axial- und Radialkräfte adjustieren.
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Ein weiteres wesentliches variierbares Konstruktionsmerkmal stellt das Verhältnis zwischen der Breite des konischen Lagerrings und dem Außendurchmesser der Planetenradwelle dar. Dieses Verhältnis beträgt vorzugsweise ≥ 0,2, ganz vorzugsweise ≥ 0,6 oder ≥ 0,8. Bei diesem Maßverhältnis besitzt die Gleitlageranordnung eine hinreichend große Tragkraft bei gleichzeitig kompakten geometrischen Abmessungen.
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Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Gleitlageroberflächen der Gleitlageranordnung - mit oder ohne zusätzliche schwimmende Gleitlagerbuchse - zumindest teilweise mit einer aufgedampften Hartmaterialschicht versehen sind. Insbesondere wenn die Gleitlagerteile aus einem konventionellen Gleitlagermaterial - beispielsweise einem Weißmetall- oder Messingmaterial - hergestellt sind, bietet es sich an, zur Verlängerung der Lagerlebensdauer eine derartige Hartmaterialschicht aufzubringen. Um hierdurch die geometrischen Abmessungen der Gleitlageranordnung nicht zusätzlich zu vergrößern, wird vorgeschlagen, die Hartmaterialschicht aus der Dampfphase abzuscheiden, beispielsweise mittels des an sich bekannten PVD-Beschichtungsverfahrens (PVD = Physical Vapour Deposition).
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Die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung für Planetenräder einer Planetengetriebestufe kann in Verbindung mit allen Arten von Planetenträgern zum Einsatz kommen, also beispielsweise auch für Einzelflanken-Planetenträger, Doppelflanken-Planetenträger oder auch Planetenträger mit einer Rückplatte, welche auch als Bogie-Plate bezeichnet wird.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch ein schematisiertes Windkraftgetriebe, dessen getriebeeingangsseitige Planetengetriebestufe mit einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung im Bereich der Planetenradwellen ausgestattet ist,
- 2 einen schematischen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer Gleitlageranordnung,
- 3 einen schematischen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Gleitlageranordnung,
- 4 einen schematischen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform einer Gleitlageranordnung,
- 5 einen schematischen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform einer Gleitlageranordnung, und
- 6 einen schematischen Längsschnitt einer fünften Ausführungsform einer Gleitlageranordnung.
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Gemäß 1 umfasst das schematisierte Windkraftgetriebe im Wesentlichen eine in einem Getriebegehäuse 1 drehbar gelagerte Eingangswelle 2, welche einstückig mit einem Planetenträger 3 einer getriebeeingangsseitigen Planetengetriebestufe 4 ausgebildet ist. Die getriebeeingangsseitige Planetengetriebestufe 4 bildet über eine Sonnenradwelle 5 einen Abtrieb, welcher eine nachgeschaltete zweite Planetengetriebestufe 6 antreibt. Eine Sonnenradwelle 7 dieser zweiten Planetengetriebestufe 4 bildet den Abtrieb zu einer getriebeausgangsseitigen Stirnradstufe 8 mit Ausgangswelle 9, welche zum Antrieb eines - hier nicht weiter dargestellten - elektrischen Generators der Windkraftanlage mit gegenüber der Eingangsdrehzahl höheren Drehzahl dient.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die getriebeeingangsseitige Planetengetriebestufe 4 eine Gleitlageranordnung 10 im Bereich der Planetenradwellen 11 (exemplarisch) zur Lagerung des hier zugeordneten Planetenrads 12 auf. Jedes Planetenrad 12 steht im Rahmen der Planetengetriebestufe 4 zum einen im Zahneingriff mit dem Sonnenrad 5 und zum anderen auch im Zahneingriff mit einem Hohlrad 13, welches ortsfest am Getriebegehäuse 1 befestigt ist.
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In 2 ist eine Gleitlageranordnung 10a in Form einer O-Anordnung ausgebildet. Hierbei wird eine Lagerbuchseneinheit zur kombinierten Axial- und Radiallagerung des Planetenrades 12 gegenüber der Planetenradwelle 11 aus einem Paar von konischen Lagerringen 100a und 100b gebildet. Die beiden konischen Lagerringe 100a und 100b kommen über deren jeweilige spitzwinklige Seitenfläche aneinander zur Anlage. Jeder konische Lagerring 100a und 100b weist eine zylindrische Innenfläche 110 (exemplarisch) sowie eine schräg hierzu verlaufende Außenfläche 120 (exemplarisch) auf. Die Innenfläche verläuft gegenüber der Außenfläche unter einem Winkel α von 15°. Die Innenfläche 110 kommt an der Planetenradwelle 11 zur Anlage. Die Außenfläche 122 korrespondiert bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer schwimmenden Lagerbuchse 130 (exemplarisch), welche andererseits mit der zugeordneten Lagerfläche am Planetenrad 12 korrespondiert.
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Die die Lagerbuchseneinheit bildenden konischen Lagerringe 100a und 100b sind lösbar und verdrehgesichert an der Planetenradwelle 11 fixiert. Die Planetenradwelle 11 ist ferner von einem Ölzuführkanal 140 zur Schmierölversorgung der Lagerspalte der Gleitlageranordnung 10a durchzogen, welcher von - hier nicht weiter dargestellter - externer Stelle her gespeist ist.
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Nach 3 sind die beiden die Lagerbuchseneinheit bildenden konischen Lagerringe 200a und 200b ebenfalls mit einem dreieckförmigen Querschnitt versehen, wobei jedoch die einander zugewandten spitzwinkligen Eckbereiche abgeflacht sind, so dass die beiden konischen Lagerringe 200a und 200b über miteinander korrespondierende kreisringförmige Anlageflächen aneinander zur Anlage kommen. Über mehrere entlang des Umfangs verteilte Schrauben 210 (exemplarisch) sind die beiden konischen Lagerringe 200a und 200b lösbar aneinander befestigt. Die aus den beiden miteinander verbundenen konischen Lagerringen 200a und 200b bestehende Lagerbuchseneinheit ist in eine hierzu korrespondierende Aufnahmenut 220 der Planetenradwelle 11 angeordnet. Diese im Wesentlichen U-förmige Aufnahmenut 220 dient der Positionierung der Lagerbuchseneinheit. Seitens einer der Seitenflanken wird die Aufnahmenut 220 von dem Planetenträger 3 begrenzt. Somit lässt sich die Lagerbuchseneinheit durch Einstecken der Planetenradwelle 11 in die hierfür vorgesehenen Durchbrüche im Planetenträger 3 montieren. Ferner umfasst die Gleitlageranordnung 10b auch den konischen Lagerringen 200a und 200b je zugeordnete schwimmende Gleitlagerbuchsen 230 (exemplarisch), welche zwischen jedem konischen Lagerring 200a bzw. 200b und der hierzu korrespondierenden Lagerfläche seitens des Planetenrades 12 angeordnet ist.
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Gemäß 4 bildet ein Paar von konischen Lagerringen 300a und 300b eine Gleitlageranordnung 10c in X-Anordnung. Axial zwischen den beiden konischen Lagerringen 300a und 300b ist ein Zwischenring 310 angeordnet, über den per Querkanal auch ein Ölabfluss vom Lagerspalt erfolgt. Stirnaußenseitig der Lagerbuchseneinheit ist je ein Anschlagring 320 vorgesehen, um die hier ebenfalls zur Gleitlageranordnung 10c gehörige schwimmende Gleitlagerbuchsen 330 zu führen. Eine Zuführung von Schmieröl zum Schmierspalt der Gleitlageranordnung 10c erfolgt über Ölzuführkanal 340, welche in der Planetenradwelle 11 ausgebildet sind.
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Bei dem in 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einer Gleitlageranordnung 10d ist ein Paar konischer Lagerringe 400a und 400b in O-Anordnung vorgesehen, welche an der Planetenradwelle 11 fixiert sind. Die Gleitlageroberflächen der beiden konischen Lagerringe 400a und 400b sind jeweils mit einer Hartmaterialschicht 410 (exemplarisch), etwa als PVD-Beschichtung ausgeführt, versehen, deren Verlauf mit einer Strich-Punkt-Linie angedeutet ist. Die Gleitlageranordnung 10d dieses Ausführungsbeispiels kommt ohne eine schwimmende Gleitlagerbuchse aus, wobei die Schmierölversorgung des Schmierspalts, der hier direkt zwischen den beiden konischen Lagerringen 400a und 400b einerseits sowie der korrespondierenden Lagerfläche seitens des Planetenrads 12 gebildet ist, wird über ein Ölzuführkanal 440 versorgt.
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Gemäß 6 ist bei einer Gleitlageranordnung 10e jedem konischen Lagerring 500a und 500b eine innere Gleitlagerbuchse 510a bzw. 510b mit L-förmigen Querschnitt zugeordnet, welche eine U-förmige Aufnahmenut 520 bilden. Die beiden inneren Gleitlagerbuchsen 510a und 510b sind an der Planetenradwelle 11 fixiert, wohingegen die beiden konischen Lagerringe 500a und 500b hier eine schwimmende Gleitlagerbuchsenanordnung bilden. Somit sind die schwimmend gelagerten konischen Lagerringe 500a und 500b zwischen den inneren Gleitlagerbuchsen 510a sowie 510b einerseits und dem Planetenrad 12 angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass Mischlösungen zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen realisiert werden können, beispielsweise im Hinblick auf eine optionale Hartmaterialbeschichtung von Gleitlageroberflächen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebegehäuse
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Planetenträger
- 4
- erste Planetengetriebestufe
- 5
- erste Sonnenradwelle
- 6
- zweite Planetengetriebestufe
- 7
- zweite Sonnenradwelle
- 8
- Stirnradstufe
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Gleitlageranordnung
- 11
- Planetenradwelle
- 12
- Planetenrad
- 13
- Hohlrad
- 100
- konischer Lagerring
- 110
- zylindrische Innenfläche
- 120
- schräge Außenfläche
- 130
- schwimmende Gleitlagerbuchse
- 140
- Ölzuführkanal
- 200
- konischer Lagerring
- 210
- Schraube
- 220
- Aufnahmenut
- 230
- schwimmende Gleitlagerbuchse
- 300
- konischer Lagerring
- 310
- Zwischenring
- 320
- Anschlagscheibe
- 330
- schwimmende Gleitlagerbuchse
- 340
- Ölzuführkanal
- 400
- konischer Lagerring
- 410
- Hartmaterialschicht
- 440
- Ölzuführkanal
- 500
- konischer Lagerring
- 510
- Gleitlagerbuchse
- 520
- Aufnahmenut
- α
- Winkel Querschnittskonus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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