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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Rollenwälzkörpern und einem Taschenkäfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Rollenwälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Taschenkäfig voneinander beabstandet angeordnet sind, und der Taschenkäfig zwei über axial verlaufende Verbindungsstege voneinander beabstandete Käfigringe aufweist, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Verbindungsstege eine Käfigtasche definieren, und die Verbindungsstege jeweils einen ersten radial inneren, sich in axialer Richtung erstreckenden Stegabschnitt und zwei radial äußere, sich in axialer Richtung erstreckende Stegabschnitte aufweisen, wobei die radial äußeren Stegabschnitte jeweils mit einem der Käfigringe verbunden ist, und die zweiten Stegabschnitte mit dem ersten Stegabschnitt jeweils über einen Profilsprungabschnitt miteinander verbunden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
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Rollenwälzkörper verfügen im Vergleich zu Lagerkugeln, welche eine punktförmige Berührung auf den Laufbahnen von Außen- und/oder Innenring aufweisen, über eine linienförmige Berührung und folglich über eine größere Auflagefläche. Hierdurch können Rollenwälzkörper bei hoher Steifigkeit wesentlich höhere Radiallasten aufnehmen als Lagerkugeln.
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig ist in der Regel so ausgebildet, dass die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann.
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Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, derartige Käfige für Rollenwälzkörper möglichst gewichtsoptimiert, schwingungsarm und fertigungstechnisch günstig auszubilden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine gewichtsoptimierte, schwingungsarme und fertigungstechnisch günstige Wälzlageranordnung bereit zu stellen.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Rollenwälzkörpern und einem Taschenkäfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Rollenwälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Taschenkäfig voneinander beabstandet angeordnet sind, und der Taschenkäfig zwei über axial verlaufende Verbindungsstege voneinander beabstandete Käfigringe aufweist, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Verbindungsstege eine Käfigtasche definieren, und die Verbindungsstege jeweils einen ersten radial inneren, sich in axialer Richtung erstreckenden Stegabschnitt und zwei radial äußere, sich in axialer Richtung erstreckende Stegabschnitte aufweisen, wobei die radial äußeren Stegabschnitte jeweils mit einem der Käfigringe verbunden ist, und die zweiten Stegabschnitte mit dem ersten Stegabschnitt jeweils über einen Profilsprungabschnitt miteinander verbunden sind, wobei zwei umfänglich benachbarte erste, radial innere Stegabschnitte ausgebildet sind, eine spielbehaftete Aufnahme eines Rollenwälzkörpers zu bewirken, während zwei Anlaufflächen der Rollenwälzkörper gegen den Taschenkäfig radial innen an dem Profilsprungabschnitt ausgebildet sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Hebelwirkung eines Rollenwälzkörpers bei Anlauf auf einen Verbindungssteg des Taschenkäfigs sehr geringgehalten werden kann, was die Stabilität und Tragfähigkeit des Taschenkäfigs erhöht. Diese maximierte Stabilität des Verbindungssteges wird somit durch ein Weglassen einer durchgehenden Freistellung im Profilsprungabschnitt bewirkt. Ferner ist die Schmiermittelverteilung über gesamte Nadellänge optimiert. Es wird ferner die Montagefreundlichkeit durch eine geringere, mögliche Wälzkörperverkippung erreicht, welche durch weitestmöglich beabstandete Nadelauflagepunkte an den Anlaufflächen erzielt werden kann. Schließlich wird auch ein Durchfallen des Rollenwälzkörpers in radialer Richtung aus der Käfigtasche nach innen bei einem vollbestückten Taschenkäfig vermieden, was die Montagefreundlichkeit weiter verbessert.
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Besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einem Planetengetriebe. Ganz besonders bevorzugt ist es, eine erfindungsgemäße Wälzlageranordnung zur Lagerung von umlaufenden Planetenrädern in einem Planetenträger zu verwenden. In derartigen Applikationen wirken in der Regel besonders hohe Fliehkräfte auf eine Wälzlageranordnung ein, was eine besonders stabile Ausgestaltung des Taschenkäfigs erfordert.
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Besonders bevorzugt ist das Planetengetriebe in einem elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbaut und wird von einer elektrischen Maschine angetrieben. Ferner kann es bevorzugt sein, dass das Planetengetriebe in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs zu verwenden.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Ein Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Wälzlager als ein Nadellager konfiguriert.
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Der Innenring kann insbesondere die das Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die das Wälzlager aufnehmende Lagerstelle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerstelle mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben die Form einer Rolle und werden auch als Rollenwälzkörper bezeichnet. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Rollenwälzkörper als Nadelrollen ausgebildet sind.
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Die Wälzkörper sind in einem Käfig geführt und voneinander beabstandet. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Der Käfig ist insbesondere als Taschenkäfig konfiguriert.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann in vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die Dichtung aus einem elastischen Material geformt ist. Das elastische Material kann bevorzugt ganz oder teilweise aus einem Elastomer bestehen, wobei wiederum bevorzugt die Elastomere ausgewählt sind aus der Gruppe der Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Taschenkäfig als Blechkäfig ausgebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass der Käfig fertigungstechnisch besonders günstig ausgestaltet werden kann. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, den Taschenkäfig aus Kunststoff, beispielsweise mittels Spritzguss, zu fertigen. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Käfigtaschen mittels einer Stanzung gebildet sind, was ebenfalls fertigungstechnisch günstig ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Käfigtaschen, bevorzugt alle Käfigtaschen, ein erstes den umfänglichen Abstand zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen definierendes Stanzmaß aufweist/aufweisen und das erste Stanzmaß zwischen 0,10 - 0,30 mm kleiner ist, als der Durchmesser der Rollenwälzkörper, bevorzugt zwischen 0,15 - 0,20 mm kleiner ist, als der Durchmesser der Rollenwälzkörper. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass ein Rollenwälzkörper definiert den Taschenkäfig radial innen an dem Profilsprungabschnitt anläuft.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Taschenkäfig eine im Axialschnitt M-förmige Kontur aufweist.
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Schließlich kann es auch bevorzugt sein, dass der Übergang der zweiten Stegabschnitte zu dem jeweiligen Profilsprungabschnitt an der radial inneren Seite einen Radius aufweist, wobei der axiale Abstand der Radienmittelpunkte 0,55 - 0,75 mal der Länge des Rollenwälzkörpers entspricht, was sich als konstruktiv günstig hinsichtlich der Anlaufflächen der Rollenwälzkörper erwiesen hat.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Rollenwälzkörper in radialer Richtung unterhalb der radial äußeren Stegabschnitte angeordnet sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Rollenwälzkörper sich über eine möglichst große axiale Erstreckung auf der Innen- und Außenringlaufbahn abwälzt.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlageranordnung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Wälzlager in einer schematischen Axialschnittansicht,
- 2 einen Taschenkäfig in einer Aufsicht,
- 3 einen Taschenkäfig in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 eine Detailansicht einer Käfigtasche des Taschenkäfigs in einer Aufsicht,
- 5 eine Detailansicht einer Käfigtasche in einer Aufsicht wie auch in einer Querschnittsansicht und
- 6 eine Detailansicht einer Käfigtasche in einer Aufsicht.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Rollenwälzkörpern 5 und einem Taschenkäfig 6. Die Rollenwälzkörper 5 sind als Nadelrollen ausgebildet.
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Der Innenring 3 besitzt eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8. Die Rollenwälzkörper 5 sind zwischen Innenring 3 und Au-ßenring 4 wälzend gelagert in dem Taschenkäfig 6 voneinander beabstandet angeordnet. Der Taschenkäfig 6 ist in dem gezeigten Beispiel als Blechkäfig ausgebildet, welcher durch Schweißverbindungen gefügt wurde.
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Wie anhand der 2 bis 6 ersichtlich ist, verfügt der Taschenkäfig 6 über zwei, über axial verlaufende Verbindungsstege 10 voneinander beabstandete, Käfigringe 11, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Verbindungsstege 10 jeweils eine Käfigtasche 12 definieren.
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Die Verbindungsstege 10 weisen jeweils einen ersten radial inneren, sich in axialer Richtung erstreckenden Stegabschnitt 13 und zwei radial äußere, sich in axialer Richtung erstreckende Stegabschnitte 14 auf, wobei die radial äußeren Stegabschnitte 14 jeweils mit einem der Käfigringe 11 verbunden ist, und die zweiten Stegabschnitte 14 mit dem ersten Stegabschnitt 13 jeweils über einen Profilsprungabschnitt 15 miteinander verbunden sind. Dies ist gut anhand der Darstellung der 5 zu erkennen.
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Zwei umfänglich benachbarte erste, radial innere Stegabschnitte 13 sind ausgebildet, eine spielbehaftete Aufnahme eines Rollenwälzkörpers 5 zu bewirken, während zwei Anlaufflächen 16 der Rollenwälzkörper 5 gegen den Taschenkäfig 6 radial innen an dem Profilsprungabschnitt 15 ausgebildet sind. Die Käfigtaschen 12 sind mittels einer Stanzung gebildet.
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Die 5 zeigt des Weiteren, dass alle Käfigtaschen 12 ein erstes den umfänglichen Abstand 17 zwischen zwei benachbarten Verbindungsstegen 10 definierendes Stanzmaß 18 aufweisen und das erste Stanzmaß 18 zwischen 0,10 - 0,30 mm kleiner ist, als der Durchmesser der Rollenwälzkörper 5, bevorzugt zwischen 0,15 - 0,20 mm kleiner ist, als der Durchmesser der Rollenwälzkörper 5.
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Das Stanzmaß 18 der Käfigtaschen 12 erstreckt sich auch über den Profilsprungabschnitt 15. Nur der Bereich am radial innersten Profilpunkt F des Verbindungssteges 10 ist bis auf eine axiale Erstreckung von ca. 0,4mm einer zylindrischen Halterungsfläche D für den Rollenwälzkörper 5 um ca. 0,1 mm größer als der Wälzkörperdurchmesser freigestanzt.
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Der Punkt B in der oberen Darstellung der 5 markiert den Anfangspunkt des Radius des Profilsprungabschnitts 15. Der Punkt C markiert das Ende der Freistanzung F im Profilgrund. Ferner kann ein Herausfallen der in den Taschenkäfig 6 eingesetzten Rollenwälzkörper 5 aus den Käfigtaschen 12 aufgrund des Punktes B verhindert werden, was die Montage des bestückten Taschenkäfigs 6 erleichtert. Der Taschenkäfig 6 wird von radial innen mit den Rollenwälzkörpern 5 besteckt, welche dann über den Punkt B in der Käfigtasche 12 einschnappt.
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Dies bewirkt das Anlaufen des Rollenwälzkörpers 5 im Betrieb an den Anlaufflächen 16 des Profilsprungabschnitts 15, und somit soweit axial nach Außen in Richtung Außenbord verlegt wie möglich. Der Erhalt der maximalen axialen Erstreckung des Verbindungsstegs 10 und dessen Stabilität ist so gewährleistet.
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Anhand der oberen Darstellung der 5, welche eine Axialschnitt eines Verbindungssteges 10 zeigt, wird ersichtlich, dass der Taschenkäfig 6 eine im Axialschnitt M-förmige Kontur aufweist. Der Übergang der zweiten Stegabschnitte 14 zu dem jeweiligen Profilsprungabschnitt 15 weist an der radial inneren Seite einen Radius R auf, wobei der axiale Abstand der Mittelpunkte der Radien 0,65 mal der Länge des Rollenwälzkörpers 5 entspricht.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Rollenwälzkörpern
- 6
- Taschenkäfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 10
- Verbindungsstege
- 11
- Käfigringe
- 12
- Käfigtasche
- 13
- Stegabschnitt
- 14
- Stegabschnitte
- 15
- Profilsprungabschnitt
- 16
- Anlaufflächen
- 17
- Abstand
- 18
- Stanzmaß
