DE4232563B4 - Rolling bearing for mounting a machine tool spindle - Google Patents

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Abstract

Wälzlager (1) zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel (2), bestehend aus einem Außenring (3) und einem Innenring (4), zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper (7) abrollen und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel (2) verbundenen Wellenscheiben (6) andererseits Wälzkörper (5) abrollen, wobei die Wellenscheiben (6) zum Einstellen ihrer Vorspannung auf der Spindel (2) verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axiale Ausdehnung von Außenring (3) und Wellenscheiben (6) so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) ein Dämpfungsspalt (10) entsteht, der über einen Zuführungskanal (14) im Außenring (3) mit Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei an der Innenseite des Außenringes (3) in seinem Randbereich kreisringförmige Nuten (15) zur Aufnahme der Wälzkörper (5) angeordnet sind.roller bearing (1) for supporting a machine tool spindle (2) consisting of an outer ring (3) and an inner ring (4), between which preferably cylindrical Rolling elements (7) unroll and in which between the end faces of the outer ring (3) on the one hand and spaced from these and connected to the spindle (2) Rolling shaft (6) on the other rolling elements (5), wherein the Shaft washers (6) for adjusting their preload on the spindle (2) are arranged displaceably, characterized in that the radial and axial extent of outer ring (3) and wave washers (6) are coordinated so that between the faces of the outer ring (3) and the wave washers (6) creates a damping gap (10), the one about feed channel (14) in the outer ring (3) with damping fluid can be acted upon, wherein on the inside of the outer ring (3) in its edge region annular grooves (15) for receiving Rolling elements (5) are arranged.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel, bestehend aus einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper abrollen, und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel verbundenen Wellenscheiben andererseits Wälzkörper abrollen, wobei die Wellenscheiben zum Einstellen ihre Vorspannung auf der Spindel verschiebbar angeordnet sind.The The invention relates to a rolling bearing for mounting a machine tool spindle, consisting of a outer ring and an inner ring, between which roll preferably cylindrical rolling elements, and between the end faces of the outer ring on the one hand and at a distance from these and arranged with the spindle on the other hand roll rolling elements, wherein the wave washers slidably arranged for adjusting their bias on the spindle are.

Ein derartig kombiniertes Nadel-Axial-Zylinderrollenlager spielt beispielsweise bei der Lagerung von Wälzschraubtrieben eine bedeutende Rolle. Dabei handelt es sich um zweiseitig wirkende Axial-Rollenlager, deren Zwischenscheibe gleichzeitig den Außenring eines Radial-Nadellagers bildet. Solche Lager werden in der Regel an den Enden von Gewindespindeln auf an das Spindelgewinde anschließenden Absätzen angeordnet, wobei sich die eine Wellenscheibe gegen den Spindelabsatz anlegt, während die zweite Wellenscheibe mittels einer gegen sie anliegenden Gewindemutter angestellt wird, die in ein besonderes Gewinde auf den Wellenabsatz eingreift (INA-Sonderdruck aus "Antriebstechnik", Heft 10, Oktober 1990).One For example, such a combined needle-axial cylindrical roller bearing plays in the storage of Wälzschraubtrieben a significant role. These are two-sided Axial roller bearings whose intermediate disc at the same time the outer ring a radial needle bearing forms. Such bearings are usually arranged at the ends of threaded spindles on paragraphs adjoining the spindle thread, wherein the one wave washer applies against the spindle shoulder, while the second wave washer by means of a fitting against them threaded nut is hired in a special thread on the shaft shoulder engages (INA reprint from "Antriebstechnik", issue 10, October 1990).

In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, daß im Werkzeugmaschinenbau in Vorschubrichtung wirkende Axialschwingungen als Erschütterungen auf die Spindel und somit auf das Bearbeitungswerkzeug bzw. auf den Werkzeugtisch übertragen werden und dadurch zu Ungenauigkeiten hinsichtlich der Oberflächengüte des zu bearbeitenden Werkstückes bzw. zu Positionierungenauigkeiten des Werkzeugtisches führen.In This connection is also known that in machine tool in Feed direction acting axial vibrations as shocks the spindle and thus on the machining tool or on the Transfer tool table and thereby inaccuracies in the surface quality of the machined workpiece or lead to positioning inaccuracies of the tool table.

Dämpfungsmaßnahmen zur Verringerung von Schwingungen sind im Werkzeugmaschinenbau ebenfalls bekannt. So wird beispielsweise in dem DE 72 01 256 U eine Anordnung zur Lagerung von Achsen oder Wellen in Gehäusen, insbesondere eine Spindellagerung für Werkzeugmaschinen beschrieben. Dabei wird eine als Stufenhülse ausgebildete, ölbeaufschlagte Dämpfungsbüchse verwendet, die sich dadurch auszeichnet, daß die Stufenhülse am Außenumfang eine durch an beiden Enden vorgesehene Kragen gebildete, ringförmige Vertiefung aufweist, die durch eine Bohrung mit Öl gefüllt wird, welches hier als Dämpfungsmedium wirkt.Damping measures for reducing vibrations are also known in the machine tool industry. For example, in the DE 72 01 256 U an arrangement for the storage of axles or shafts in housings, in particular a spindle bearing for machine tools described. In this case, a trained as a stepped sleeve, Ölbeaufschlagte damping bushing is used, which is characterized in that the stepped sleeve on the outer periphery formed by a collar provided at both ends, annular recess which is filled through a bore with oil, which acts as a damping medium here.

Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß einerseits nur Schwingungen in radialer Richtung gedämpft werden und andererseits ein relativ großer axialer Bauraum benötigt wird.Of the Disadvantage of such an arrangement is that on the one hand only vibrations are damped in the radial direction and on the other hand a relatively large one axial space required becomes.

Auch aus der DE 41 05 982 C1 ist eine Spindellagerung für eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der zwischen einem vorderen und einem hinteren Spindellager ein weiteres Mittellager angeordnet ist. Dieses Mittellager wird von einer Büchse aufgenommen, wobei zwischen dieser Büchse und einem diese aufnehmenden Gehäuse ein mit Öl gefüllter Dämpfungsspalt gebildet ist. Auch diese Lageranordnung dämpft nur Schwingungen in radialer Richtung.Also from the DE 41 05 982 C1 a spindle bearing for a machine tool is known in which a further center bearing is arranged between a front and a rear spindle bearing. This center bearing is accommodated by a bushing, wherein between this bushing and a housing accommodating these an oil-filled damping gap is formed. This bearing arrangement damps only vibrations in the radial direction.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Wälzlager zu entwickeln, bei dem einwirkende Schwingungen in axialer Richtung auf benachbarte Teile nicht oder nur gedämpft übertragen werden. Darüber hinaus soll die Dämpfungsmaßnahme nur wenig zusätzlichen Bauraum beanspruchen.It is therefore an object of the invention to develop a rolling bearing, in the acting vibrations in the axial direction to adjacent Parts are not transmitted or only steamed become. Furthermore should the damping measure only little additional Take up space.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.According to the invention this Task according to the features of the characterizing part of claim 1 solved.

Durch die zwischen den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben gebildeten Dämpfungsspalten wird erreicht, daß Schwingungen in Vorschubrichtung der Spindel nur gedämpft übertragen werden. Bei einer durch Schwingungen ausgelösten axialen Bewegung von Außenring und Wellenscheiben gegeneinander tritt in dem mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Dämpfungsspalten eine dämpfende Quetschwirkung auf Basis des Squeeze-Effektes ein.By the between the front surfaces of the outer ring and the wave gaps formed damping gaps is achieved that vibrations in Feed direction of the spindle are transmitted only attenuated. At a triggered by vibrations axial movement of outer ring and wave washers against each other occurs in the with damping fluid filled damping gaps a steaming Squeezing effect based on the squeeze effect.

Eine derartige Schwingungsdämpfung wirkt sich bei Einsatz einer Haupt- bzw. Vorschubspindel in einer Werkzeugmaschine positiv auf die Oberflächengüte der zu bearbeitenden Teile sowie hinsichtlich der Standzeit der Werkzeuge und auf die Positioniergenauigkeit des Werkzeugtisches aus.A such vibration damping affects when using a main or feed screw in one Machine tool positively to the surface quality of the parts to be machined as well as with regard to tool life and positioning accuracy of the tool table.

Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die dämpfende Wirkung mit eigenen Bestandteilen des Wälzlagers realisiert wird. Dazu sind Lageraußenring und Wellenscheiben in ihren Ausmaßen nur geringfügig zu vergrößern, so daß vergleichsweise wenig Bauraum in radialer und axialer Richtung benötigt wird.One Another advantage is the fact that the damping effect with its own Components of the rolling bearing is realized. These are bearing outer ring and shaft washers in their dimensions only slightly to enlarge, so that comparatively little Space in the radial and axial direction is needed.

Durch die Aufnahme der Wälzkörper in kreisringförmigen Nuten des Außenringes wälzen diese zwischen den Wellenscheiben und dem durch die ringförmige Nut zurückgesetzten Teil der Stirnflächen des Außenringes ab. Der Dämpfungsspalt bzw. die Dämpfungsspalten werden in diesem Fall von den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben gebildet.By the inclusion of rolling elements in annular Grooves of the outer ring roll this between the wave washers and through the annular groove reset Part of the end faces of the outer ring from. The damping gap or the attenuation gaps In this case, the faces of the outer ring and the wave washers educated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 erläutert.Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims 2 to 5 explained.

So soll nach Anspruch 2 für eine wirksame Dämpfung der Dämpfungsspalt eine Breite von 0,02 bis 0,03 mm aufweisen. Je kleiner der Dämpfungsspalt ist, desto größer wird die Dämpfung, da in der Dämpfungsgleichung für einen Squeeze-Film-Dämpfer die Filmbreite in der 3. Potenz im Nenner steht.So should according to claim 2 for an effective damping the damping gap have a width of 0.02 to 0.03 mm. The smaller the damping gap is, the bigger it gets the damping, because in the damping equation for one Squeeze film dampers the film width is in the third power in the denominator.

Aus Anspruch 3 geht hervor, daß der Zuführungskanal für die Dämpfungsflüssigkeit in der Mitte des Außenringes angeordnet sein soll. Dadurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung beider Dämpfungsspalten mit Dämpfungsflüssigkeit gesichert.Out Claim 3 shows that the feed channel for the damping fluid in the middle of the outer ring should be arranged. As a result, a uniform admission of both damping gaps with damping fluid secured.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist vorgesehen, daß die Dämpfungsflüssigkeit aus dem zur Schmierung der Wälzkörper verwendetem Öl besteht.In preferred development of the invention according to claim 4 is provided that the damping fluid consists of the oil used for the lubrication of the rolling elements.

Nach einem zusätzlichen weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 5 sollen an den Stirnseiten des Außenringes Distanzringe angeordnet sein, die mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes abschließen und in Richtung Lagermittelpunkt soweit reichen, daß die zwischen den Stirnflächen des Außenringes und den Wellenscheiben angeordneten Wälzkörper ungehindert abwälzen können.To an additional Another feature of the invention according to claim 5 to the End faces of the outer ring Spacers are arranged, which are connected to the outer surface of the outer ring to lock and in the direction of the bearing center so far rich that between the end faces of the outer ring and the rolling elements arranged rolling elements can roll freely.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung braucht der Außenring zwar nicht mit kreisringförmigen Nuten versehen werden, es ist jedoch die Anfertigung von separaten Distanzringen erforderlich. Der Dämpfungsspalt wird in diesem Fall von den Wellenscheiben und einer Stirnseite der Distanzringe gebildet.at this embodiment The invention requires the outer ring Although not with circular Grooves are provided, however, it is the preparation of separate Spacers required. The damping gap is in this Fall from the wave washers and one end face of the spacer rings educated.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained in more detail in the following embodiment. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Vorschubspindel einer Werkzeugmaschine mit erfindungsgemäßer Lagerdämpfung; 1 a longitudinal section through a bearing for a feed screw of a machine tool with inventive bearing damping;

2 einen Längsschnitt durch eine Lagerung für eine Vorschubspindel einer Werkzeugmaschine mit erfindungsgemäßer Lagerdämpfung in abgewandelter Ausführungsform. 2 a longitudinal section through a bearing for a feed screw of a machine tool with inventive bearing damping in a modified embodiment.

Aus 1 ist die Lagerung einer Vorschubspindel 2 einer Werkzeugmaschine in einem kombinierten Nadel-Axial-Zylinderrollenlager 1 ersichtlich. Es handelt sich hierbei um ein zweiseitig wirkendes Axial-Rollenlager, das aus zwei Wellenscheiben 6 und aus einer Zwischenscheibe 3 besteht, zwischen denen zwei in Käfigen geführte Wälzkörperkränze 5 abrollen.Out 1 is the storage of a feed screw 2 a machine tool in a combined needle-axial cylindrical roller bearing 1 seen. It is a two-sided axial roller bearing consisting of two shaft washers 6 and from a washer 3 between which are two caged rolling element wreaths 5 roll.

Die Zwischenscheibe 3 des Axial-Rollenlagers bildet gleichzeitig einen Außenring 3 eines Radial-Nadellagers, zwischen dem und einem Innenring 4 in einem Käfig achsparallel geführte Lagernadeln 7 abrollen.The washer 3 of the axial roller bearing simultaneously forms an outer ring 3 a radial needle bearing, between the and an inner ring 4 in a cage axially parallel guided bearing needles 7 roll.

Der Innenring 4 des Radial-Nadellagers und die Wellenscheiben 6 des Axial-Rollenlagers sind mit der Spindel 2 fest verbunden. Die Wellenscheiben 6 sind jedoch auf der Spindel 2 verschiebbar. Ein derartig kombiniertes Nadel-Axial-Zylinderrollenlager 1 liegt an einem Absatz 9 der Spindel 2 an und wird mittels einer Lagerstellmutter 8 mit einer zur verschleißarmen und exakten Funktion des Lagers benötigten Vorspannung beaufschlagt. Die Lagerstellmutter 8 greift dabei in ein nicht näher bezeichnetes Gewinde auf der Spindel 2 ein.The inner ring 4 of the radial needle bearing and the shaft washers 6 of the axial roller bearing are with the spindle 2 firmly connected. The wave disks 6 but are on the spindle 2 displaceable. Such a combined needle-axial cylindrical roller bearing 1 lies on a paragraph 9 the spindle 2 on and is by means of a bearing nut 8th subjected to a required for low-wear and exact function of the bearing bias. The bearing nut 8th engages in unspecified thread on the spindle 2 one.

Der Außenring bzw. die Zwischenscheibe 3 des kombinierten Nadel-Axial-Zylinderrollenlagers 1 wird in einer Gehäusebohrung eines zweiteiligen Gehäuses 12 gehalten. Beide Teile des Gehäuses 12 werden durch eine in 1 nicht dargestellte Schraube 11 zusammengehalten.The outer ring or the intermediate disc 3 Combined needle-axial cylindrical roller bearing 1 is in a housing bore of a two-part housing 12 held. Both parts of the case 12 be through an in 1 not shown screw 11 held together.

Erfindungsgemäß sind Außenring 3 bzw. Zwischenscheibe 3 und Wellenscheibe 6 in ihren radialen und axialen Ausmaßen so aufeinander abgestimmt, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes 3 und den Wellenscheiben 6 zwei definierte Dämpfungsspalte 10 entstehen. Dazu ist es erforderlich, daß gegenüber einem üblichen kombinierten Nadel-Axial-Zylinderrollenlager der Außenring 3 in axialer Richtung etwas verbreitert wird und die Wellenscheiben 6 in Umfangsrichtung vergrößert werden.According to the invention are outer ring 3 or intermediate disc 3 and wave washer 6 matched in their radial and axial dimensions to one another so that between the end faces of the outer ring 3 and the wave disks 6 two defined damping gaps 10 arise. For this it is necessary that compared to a conventional combined needle-axial cylindrical roller bearing of the outer ring 3 slightly widened in the axial direction and the wave washers 6 be enlarged in the circumferential direction.

Diese Dämpfungsspalte 10 werden über einen im Außenring 3 angebrachten Zuführungskanal 14 mit Dämpfungsflüssigkeit versorgt. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß als Dämpfungsflüssigkeit das zur Schmierung des Lagers vorgesehene Schmieröl verwendet wird. Das Schmieröl gelangt über einen im Gehäuse 12 bzw. im Außenring 3 angeordneten Zuführungskanal 14 zunächst in den Laufbahnbereich der Lagernadeln 7 (bevor es über den Laufbahnbereich der zylindrischen Wälzkörperkränze 5 den bzw. die Dämpfungsspalten 10 erreicht. Überschüssiges Öl kann über einen axialen Spalt zwischen dem Lagergehäuse 12 und der Wellenscheibe 6 abgeleitet werden.This damping column 10 be over one in the outer ring 3 attached feed channel 14 supplied with damping fluid. It is expediently provided that the lubricating oil provided for lubricating the bearing is used as the damping fluid. The lubricating oil passes through one in the housing 12 or in the outer ring 3 arranged feed channel 14 first in the career area of the bearing needles 7 (before it over the raceway area of the cylindrical Wälzkörperkränze 5 the attenuation column (s) 10 reached. Excess oil can pass through an axial gap between the bearing housing 12 and the wave washer 6 be derived.

Im Gegensatz zu 1, wo die Wälzkörper 5 in einer kreisringförmigen Nut 15 des Außenringes 3 untergebracht sind, sind die Wälzkörper 5 in 2 in einem Raum untergebracht, der vom Außenring 3, vom Innenring 4, den Wellenscheiben 6 und den Distanzringen 13 begrenzt wird. Die Distanzringe 13 schließen mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes 3 ab und reichen in Richtung Lagermittelpunkt soweit, daß die Wälzkörper 5 einschließlich ihres Käfigs ungehindert abwälzen können. Der bzw. die Dämpfungsspalte 10 werden in diesem Fall von den Wellenscheiben 6 und einer Stirnseite der Distanzringe 13 gebildet.In contrast to 1 where the rolling elements 5 in an annular groove 15 of the outer ring 3 are housed, the rolling elements 5 in 2 housed in a room separated from the outer ring 3 , from the inner ring 4 , the wave washers 6 and the spacer rings 13 is limited. The spacer rings 13 close with the outer surface of the outer ring 3 from and extend in the direction of the bearing center so far that the rolling elements 5 including her cage freely circulate. The or the damping gaps 10 in this case are from the wave disks 6 and an end face of the spacer rings 13 educated.

11
Wälzlagerroller bearing
22
Spindelspindle
33
Außenring, ZwischenscheibeOuter ring, washer
44
Innenringinner ring
55
Wälzkörperrolling elements
66
Wellenscheibenwave washers
77
Lagernadelnbearing needles
88th
LagerstellmutterBearing nut
99
Absatzparagraph
1010
Dämpfungsspaltdamping gap
1111
Schraubescrew
1212
Gehäusecasing
1313
Distanzringspacer
1414
Zuführungskanalfeed channel
1515
kreisringförmige Nutannular groove

Claims (5)

Wälzlager (1) zur Lagerung einer Werkzeugmaschinenspindel (2), bestehend aus einem Außenring (3) und einem Innenring (4), zwischen denen vorzugsweise zylindrische Wälzkörper (7) abrollen und bei dem zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) einerseits und im Abstand von diesen angeordneten und mit der Spindel (2) verbundenen Wellenscheiben (6) andererseits Wälzkörper (5) abrollen, wobei die Wellenscheiben (6) zum Einstellen ihrer Vorspannung auf der Spindel (2) verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axiale Ausdehnung von Außenring (3) und Wellenscheiben (6) so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) ein Dämpfungsspalt (10) entsteht, der über einen Zuführungskanal (14) im Außenring (3) mit Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei an der Innenseite des Außenringes (3) in seinem Randbereich kreisringförmige Nuten (15) zur Aufnahme der Wälzkörper (5) angeordnet sind.Roller bearing ( 1 ) for mounting a machine tool spindle ( 2 ), consisting of an outer ring ( 3 ) and an inner ring ( 4 ), between which preferably cylindrical rolling elements ( 7 ) and in which between the end faces of the outer ring ( 3 ) on the one hand and at a distance from these and arranged with the spindle ( 2 ) connected wave washers ( 6 ) on the other hand rolling elements ( 5 ), whereby the wave washers ( 6 ) for adjusting its preload on the spindle ( 2 ) are arranged displaceably, characterized in that the radial and axial extent of outer ring ( 3 ) and wave washers ( 6 ) are coordinated so that between the end faces of the outer ring ( 3 ) and the wave washers ( 6 ) an attenuation gap ( 10 ), which via a supply channel ( 14 ) in the outer ring ( 3 ) can be acted upon with damping fluid, wherein on the inside of the outer ring ( 3 ) in its edge region annular grooves ( 15 ) for receiving the rolling elements ( 5 ) are arranged. Wälztager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsspalt (10) eine Breite von 0,02 bis 0,03 mm aufweist.Rolling bearings ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the damping gap ( 10 ) has a width of 0.02 to 0.03 mm. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal (14) in der Mitte des Außenringes (3) angeordnet ist.Roller bearing ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the supply channel ( 14 ) in the middle of the outer ring ( 3 ) is arranged. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsflüssigkeit aus dem zur Schmierung der Wälzkörper (5, 7) verwendetem Öl besteht.Roller bearing ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the damping fluid from the for lubricating the rolling elements ( 5 . 7 ) used oil. Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Außenringes (3) Distanzringe (13) angeordnet sind, die mit der äußeren Mantelfläche des Außenringes (3) abschließen und in Richtung Lagermittelpunkt soweit reichen, daß die zwischen den Stirnflächen des Außenringes (3) und den Wellenscheiben (6) angeordneten Wälzkörper (5) ungehindert abwälzen können.Roller bearing ( 1 ) according to claim 1, characterized in that on the end faces of the outer ring ( 3 ) Spacers ( 13 ) are arranged, which with the outer circumferential surface of the outer ring ( 3 ) and extend in the direction of the bearing center to the extent that between the end faces of the outer ring ( 3 ) and the wave washers ( 6 ) arranged rolling elements ( 5 ) can pass freely.
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